Анализ локомотивного хозяйства

Введение

локомотив полигон перевозочный поезд Постановлением Правительства РФ № 384 от 18 мая 2001 г. утверждена «Программа структурной реформы на железнодорожном транспорте». В Программе говорится, что на современном этапе «ключевым требованием для эффективной работы железнодорожного транспорта становится снижение собственных расходов», что является одной из основных целей реформы.

Для снижения расходов большое значение в теоретическом и практическом плане имеет экономическое обоснование решений в управлении затратами.

В настоящее время 85% локомотивного парка в нечетном направлении следует в режиме «СМЕТ» с угольными маршрутами. В четном направлении они возвращаются одиночными или по несколько секций в одном составе.

Поскольку ПТОЛ по станции Кропачево законсервирован (до 1 июля 2001 г. локомотивы, приписанные к депо Челябинск Южно — Уральская ж.д., следовали до станции Кропачево) возникают проблемы, связанные с курсированием локомотивов на удлиненных тяговых плечах Южно — Уральской и Куйбышевской железных дорог. Недостатки эксплуатации локомотивов на удлиненных плечах, включающих в себя несколько узлов с прилегающими участками и работающих по своим технологиям, нивелировались в период, когда дороги, вовлеченные в данный эксперимент, могли относительно свободно поднимать парк локомотивов за счет их вывода из запаса. В настоящее время, в условиях нехватки локомотивов, недостатки данной технологии стали очевидными — это отсутствие возможности у дорог производить своевременную регулировку дислокации парка локомотивов. Причины заключаются в нерациональном и несвоевременном локомотивообмене.

Для повышения эффективности использования объединенного парка локомотивов Южно — Уральской и Куйбышевской железных дорог в условиях работы на удлиненных тяговых плечах одним локомотивом, в режимах «СМЕТ», подталкивания и других, в условиях изменения размеров движения, структуры отправляемых грузов и транзитных грузопотоков, значительно отличающихся соотношением груженого и порожнего вагонопотоков в четном и в нечетном направлениях, необходимы разработка и внедрение гибкой технологии управления перевозочным процессом на ходах Челябинск-Кропачево-Кинель-Октябрьск-Пенза и Челябинск-Кропачево-Кинель-Октябрьск-Рузаевка-Рыбное, экономическое обоснование принимаемых решений при управлении движением поездов на данных направлениях, обеспечивающее минимальные эксплуатационные расходы и своевременный возврат локомотивов грузового движения на станцию Челябинск — Главный [36−41].

Решение проблемы заключается в рациональном и своевременном локомотивообмене, что обуславливает актуальность темы диссертационного исследования.

1. Анализ исследуемой проблемы

1.1 Состояние обеспечения локомотивами грузового движения на удлиненных тяговых плечах

Решением Правления ОАО «РЖД» (протокол № 6 заседания Правления ОАО «РЖД» от 22.02.2006 г.) ряд железнодорожных направлений, в том числе полигон Челябинск — Рыбное отнесен к «основным направлениям» обращения тяжеловесных, соединенных поездов и поездов повышенного веса и длины.

Поставлена задача обеспечения к концу 2008 года на данном направлении пропуска грузовых поездов весом 6000−6300 т с интервалами не более 10 минут.

Управление поездной работой на полигоне Челябинск — Рыбное осуществляется руководством трех железных дорог — Московской, Куйбышевской, Южно — Уральской.

Качество работы на полигоне тесно взаимосвязано с качеством выполнения поездной работы на пяти дорогах (рис. 1.1.). Кроме названных к ним относятся Западно — Сибирская и Свердловская железные дороги, которые вместе с Южно — Уральской дорогой являются основными грузообразующими дорогами сети в направлении Восток — Запад, суммарная погрузка которых 1,3 млн. т в сутки.

Железнодорожное направление Челябинск — Рыбное, является ключевым для организации перевозок грузов между Восточными регионами и Европейской части страны. Основной грузопоток в Европейскую часть страны проходит через «стыковую станцию» Кропачево, разделяющую Южно — Уральскую и Куйбышевскую железные дороги.

Рис. 1.1. Взаимодействие пяти дорог С 2001 г. одним из первых по сети, на участке Челябинск — Рыбное, Южно — Уральская дорога вместе с Куйбышевской начала работать объединённым парком локомотивов, увеличив плечи обращения локомотивов с 320 до 2000 км В 2005 г., используя наработанный опыт (в виде пилотного проекта), локомотивы уже трех дорог (Свердловской, Южно — Уральской, Куйбышевской) работали на полигоне пяти дорог: Западно — Сибирской, Свердловской, Южно — Уральской, Куйбышевской, Московской дорог.

Совместная эксплуатация локомотивов, наряду с положительными результатами, выявила и негативные моменты, в частности по регулированию их парка. Особенно остро вопрос регулировки парка локомотивов встал со второго полугодия прошлого года, когда грузопоток через Исиль — Куль начал сдерживаться по неприёму Свердловской ж.д. и основная тяжесть по его продвижению легла на полигон Челябинск — Рыбное.

В первом полугодии 2007 г. рост грузооборота на дороге был самым значительным за последнее время — 22,3% к маю 2006 г., в том числе почти на 9% увеличилась собственная погрузка (рис. 1.2., 1.3.)

Рис. 1.2. Грузооборот, млн. т-км. нетто

Рис. 1.3. Среднесуточная погрузка, тыс. т В то же время показатели эксплуатационной работы значительно ухудшились. При значительном избытке рабочего парка вагонов (104,7% нормы) и транзита (107,4%) в течение всего месяца (за исключением отдельных суток) не обеспечивалась передача гружёной части к установленному плану. По сравнению с 2006 г. были увеличен оборот рабочего вагона на 1,44 часа (на 2,3%) и снижена участковая скорость на 3,9 км/час (8,6%), на 5,5% (110,8 тыс. т-км брутто) снижена производительность локомотива и почти на столько же (на 5,3% - 32,9 км) среднесуточный пробег локомотива. И только средний вес поезда дорогой был увеличен к уровню прошлого года на 35 т или 0,9%.

В текущем году Южно — Уральская дорога вышла по передаче поездов по стыкам Исиль — Куль и Кропачево на уровень 1993 года.

Технико-эксплуатационная характеристика направления Челябинск — Рыбное:

— количество железных дорог: 3 (Московская, Куйбышевская, Южно — Уральская железные дороги);

— эксплуатационная длина: 2113 км.;

— количество важнейших сортировочных станций: 10 (Рыбное, Рузаевка, Пенза — 3, Сызрань, Октябрьск, Кинель, Дема, Кропачево, Златоуст, Челябинск — Главный);

— количество диспетчерских участков (ДНЦ): 15;

— количество депо (ПТОЛ): 14;

— количество пунктов смены локомотивных бригад: 14;

— количество грузовых поездов на направлении: 390−420 пар;

— количество локомотивов в грузовом движении на направлении: 540−610.

Структура и технико-эксплуатационная характеристика полигона работы локомотивного парка Южно — Уральской и Куйбышевской железных дорог представлена на рис. 1.4.

Парк электровозов постоянного тока Южно — Уральской железной дороги состоит из 514 электровозов. В том числе ВЛ10 — 81,2% конструктивных единиц, ВЛ10^У — 3,9%, ВЛ10^К — 14,9%. На балансе Южно — Уральской железной дороги находится 493 электровоза, 3,6% - прикомандировано с Западно — Сибирской железной дороги, 0,6% - с Северо — Кавказской железной дороги.

Часть данных электровозов используется в пассажирском, маневровом и хозяйственном движении. За вычетом этих электровозов, а также электровозов, составляющих норматив содержания на ремонтах, в грузовом движении может содержаться не более 427 электровозов (табл. 1.2).

Рис. 1.4. Структура полигона работы локомотивного парка Южно — Уральской и Куйбышевской железных дорог Таблица 1.2. Структура инвентарного локомотивного парка депо Южно — Уральской железной дороги

В октябре 2006 г. расчетный план содержания электровозов в грузовом движении на Южно — Уральской железной дороге составил 428 единиц. В том числе:

— Златоуст — 165,

— Челябинск — 5,

— Курган — 210,

— Петропавловск — 48.

В ноябре 2006 г. было установлено задание на содержание 430 — ти электровозов, в расчете приема по стыку Исиль — Куль 80 — ти поездов согласно техническому плану. В течение 15 дней ноября среднесуточное содержание составило 435 электровозов, что выше возможного на 1,8% по причине привлечения в грузовое движение электровозов пассажирского движения.

Фактически, Западно — Сибирская дорога предъявила план сдачи поездов по стыку Исиль — Куль в среднем 85 поездов в сутки. Расчетная потребность на данный поток составляет 445 электровозов, что значительно превышает возможности Южно — Уральской железной дороги (на 4,2%). В том числе для восточной части Южно — Уральской железной дороги необходимо 270 электровозов депо Курган и Петропавловск при наличии 252. Для обеспечения участков Челябинск — Кропачево и Челябинск — Карталы необходимо 170 электровозов.

Неудовлетворительная работа полигона Челябинск — Рыбное становится причиной ухудшения работы полигона Иртышское — Челябинск. Поезда, простаивающие в ожидании локомотивов на станции Челябинск, нарушают нормальный ритм работы сортировки. При этом замедляется продвижение нечетного потока на всей протяженности главного хода Южно — Уральской железной дороги, что в свою очередь становится причиной несвоевременного возврата электровозов Южно — Уральской железной дорогой на Западно — Сибирскую железную дорогу.

Недостатки, вызванные несовершенством технологии работы локомотивов на удлиненных полигонах, представленные на примере полигона Челябинск — Рыбное, присущи и полигону Челябинск — Свердловск — Иртышское.

Южно — Уральская железная дорога, работая в условиях нехватки локомотивов, обслуживает своими локомотивами участок Исиль — Куль — Входная — Иртышское Западно — Сибирской железной дороги и в течение 2006 г. оказывала помощь локомотивной тягой Свердловской железной дороге. При этом вместо того, чтобы поднимать парк электровозов на Свердловской железной дороге (по состоянию на 31.12.2006 г. в запасе на Свердловской железной дороге числился 91 электровоз ВЛ11) руководителями департамента локомотивного хозяйства передается на Южно — Уральскую железную дорогу 42 электровоза (35 — Западно — Сибирской, 3 — Северо — Кавказкой и 4 — Горьковской железной дороги), не подкрепив это решение выделением средств на эксплуатационные расходы. Указанием начальника департамента локомотивного хозяйства вначале января 2007 г. 18 из этих электровозов переданы на баланс Южно — Уральской железной дороги. В то время как программы ремонта утверждены и средства на их содержание отпущены Западно — Сибирской железной дороге. Следует отметить, что 18 электровозов — это 7,5% от инвентарного парка депо Курган.

На 10.01.2007 г. парк электровозов постоянного тока Южно — Уральской железной дороги состоял из 511 электровозов.

Часть электровозов инвентарного парка используется в пассажирском, маневровом и хозяйственном движении. За вычетом этих электровозов, а также электровозов, составляющих норматив содержания на ремонтах, в грузовом движении может содержаться не более 424 электровозов. При этом за счет привлечения к грузовым перевозкам электровозов, закрепленных за пассажирским движением, в грузовом движении содержится на 1,4% больше электровозов. В период с 2000 г. по настоящее время содержание локомотивов эксплуатируемого парка в грузовом движении на Южно — Уральской железной дороги возросло на 62% (с 265 в 2000 г. до 430 в 2006 г.).

Электровозы ВЛ — 10 приписки депо Курган и Петропавловск работают на полигоне Челябинск — Курган — Входная — Иртышское, Дружинино — Свердловск — Каменск-Уральский — Курган — Входная, Челябинск — Свердловск — Войновка объединенным парком с электровозами ВЛ — 11 Свердловской железной дороги. Электровозы приписки депо Златоуст работают объединенным парком с электровозами депо Дема, Пенза, Кинель Куйбышевской железной дороги на полигоне Челябинск — Рыбное.

Локомотивным депо Южно — Уральской железной дороги установлено задание на содержание 430-ти электровозов, из расчета приема по стыку Исиль — Куль 80-ти поездов согласно техническому плану. Фактически, Западно-Сибирская железная дорога сдавала на Южно — Уральскую железную дорогу до 90 поездов в сутки. Расчетная потребность для обеспечения таких размеров движения составляет 445 электровозов, что значительно превышает возможности Южно — Уральской железной дороги. Таким образом, нехватка электровозов стала причиной оставления поездов без локомотивов на промежуточных станциях для обеспечения их возврата на Западно-Сибирскую дорогу.

Рис. 1.5. Наличие электровозов и поездов в Челябинском узле Представленный рис. 1.5. демонстрирует, что в каждый период времени количество осмотренных электровозов на станции Челябинск в два раза меньше потребности (из расчета, что 85% поездов отправляются во главе систем). При этом и количество всех электровозов, дислоцирующихся в узле, меньше, чем установлено графиком движения. Кроме того, электровозы поступают на станции Челябинск неравномерно.

Инфраструктура и топология Челябинского железнодорожного узла является одной из самых сложных на сети. В условиях технологии работы объединенным парком локомотивов на полигоне Челябинск — Рыбное пропускные способности инфраструктуры локомотивного хозяйства оказывают существенное влияние на качество поездной работы на полигоне. Итоги работы со второго полугодия 2006 г. наглядно продемонстрировали зависимость ритмичности функционирования главного хода Южно — Уральской железной дороги и полигона Челябинск — Рыбное от качества использования объединенного парка локомотивов, обслуживающего данный полигон. Динамика основных показателей работы локомотивного хозяйства за 1993;2007 годы представлена на рис. 1.6. — 1.9.

Рис. 1.6. Среднесуточная производительность локомотива, тыс. т-км.

Рис. 1.7. Средний вес грузового поезда, т Рис. 1.8. Среднесуточный пробег локомотива, км Рис. 1.9. Участковая скорость, км/ч С момента создания единого полигона в 2001 г. по настоящее время эксплуатационная работа Куйбышевской дороги характеризовалась относительной устойчивостью в организации перевозочного процесса. Улучшено выполнение абсолютных показателей использования локомотивного парка.

1.2 История развития системы вождения тяжеловесных поездов при различных вариантах соединения локомотивов и вагонов

Совершенствованием эксплуатации локомотивов занимались передовые коллективы депо и новаторы производства. Машинист депо Славянск П. Ф. Кривонос (1935 г.) первым начал водить тяжеловесные поезда, применяя высокие форсировки паровозного котла и максимально используя кинетическую энергию. В результате значительно возросла не только масса поезда, но и скорость движения. Передовые машинисты А. П. Папавин и Н. А. Лунин явились инициаторами новых прогрессивных методов ухода за локомотивами и повышения их эксплуатационной надежности, получивших признание и широкое распространение на транспорте.

Еще в 50-х годах в связи с электрификацией главного хода Кропачево — Похвистнево началась полная реконструкция инфраструктуры магистрали. В 1956 г. паровозы сменили электровозы серии ВЛ22 м. Благодаря увеличению веса и скорости поездов возросла провозная способность дороги. Однако из-за сложности профиля пути уже через пару лет электровозы по своей мощности и низкой конструкционной скорости перестали обеспечивать прием поездов с Южно-Уральской дороги по весу. Тогда было принято решение объединить два электровоза ВЛ22 м и водить поезда по системе многих единиц одной локомотивной бригадой. Уже в 1961 г. в локомотивных депо дороги были освоены более мощные двухсекционные электровозы ВЛ8 (Н-8) с конструкционной скоростью 100 км/ч производства Новочеркасского и Тбилисского электровозостроительных заводов. Затем им на смену пришли еще более современные ВЛ10, потом ВЛ10у — самый мощный электровоз постоянного тока. Но вес поездов, поступающих с Южно-Уральской дороги, продолжал увеличиваться, и вот уже даже новые электровозы не обеспечивали вождение поездов весом более 5 тыс. т. Такие составы приходилось водить двойной тягой и двумя локомотивными бригадами.

В соответствии с Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1976;1980 гг. предусматривалось наращивание мощностей железных дорог.

Повышение скорости и размеров движения освоение объёмов перевозок обеспечивалось за счёт увеличения веса поездов, который в среднем по сети в 1975 г. составил 2732 т, а в 1976 г. — 2741 т.

Рост перевозок требовал организации регулярного движения сдвоенных, строенных и даже более тяжёлых поездов. Для этого нужно было разработать устройство, которое позволяло бы выполнять синхронное управление несколькими локомотивами из кабины ведущего локомотива независимо от самостоятельных и часто разрозненных действий нескольких локомотивных бригад.

Для освоения новой технологии использования локомотивов в 1979;1980 годы. ВНИИЖТ разработал систему телемеханического дистанционного управления локомотивами «СМЕТ». Эта система позволяет при сравнительно небольших затратах на модернизацию эксплуатируемых электровозов различных серий решить ряд важнейших задач по интенсивному использованию локомотивного парка. «СМЕТ» даёт возможность в течении короткого времени (3−5 мин.) объединять или разъединять локомотивы без подготовки и подборки по электрическим цепям, электромеханическим характеристикам и другим параметрам. Кроме того, «СМЕТ» обеспечивает автоматическое диагностирование цепей управления локомотива в пути следования и в депо. Но главное — это экономия локомотивного парка, которую даёт оперативное усиление тяги.

Начиная с 1983 г., внедрение системы «СМЕТ» на электровозах локомотивного депо Златоуст Южно — Уральской железной дороги позволило на участке Челябинск — Кропачево водить через Уральский хребет поезда массой до 5700 т, а с 1986 г. после реконструкции станций Челябинск, Златоуст, Кропачево и ряда других масса поезда была увеличена до 6500 т, в то время как раньше для восьмиосного электровоза ВЛ10 мощностью 5200 кВт она составляла 3300 т.

Внедрение «СМЕТ» на участке Челябинск — Кропачево за период 1982;1987 годы позволило поднять среднюю массу поезда на 340 т (13,1%). Одновременно длина поезда была увеличена на 10,9%, а размеры движения уменьшены на 23,5%. Это высвободило значительные пропускные способности и дало возможность в период 1985;1987 гг. реконструировать ряд станций, а также построить новую станцию Яхино.

Следует заметить, что, когда через год на Куйбышевской железной дороге вводилась работа электровозов по системе «СМЕТ» согласно телеграмме первого заместителя министра путей сообщения Федора Шулешко, для подсчета производительности электровозов, которые ведут тяжеловесные поезда, в расчет брали не два локомотива, а один (одна локомотивная бригада и один маршрут машиниста).

В том же 1984 г. во всех депо дороги были оснащены цеха по ремонту телемеханической аппаратуры, подготовлены кадры для монтажа электронных систем электровозов. А через год более 500 единиц электротяги были оборудованы системой «СМЕТ», что позволило без проблем забирать с Южно — Уральской дороги поезда весом до 9 тыс. т.

Вначале большегрузные поезда специально формировались и пропускались по всему участку на правах длинносоставных поездов с выделением для них специального расписания. На Октябрьской догоре для преимущественного пропуска нечётного вагонопотока на Ленинград — Финляндском отделении с 1968 г. было организовано обращение составов с двумя локомотивами в голове поезда.

Один из первых опытов по вождению большегрузных поездов с постановкой локомотивов в голове и середине состава в условиях высокой пропускной способности, когда возникла необходимость выполнения работ по капитальному ремонту пути с перерывом движения, был осуществлён в 1969 г. на участке Ртищево — Поворино Приволжской дороги. Большегрузные поезда были составлены путём соединения на станциях и перегонах нескольких составов.

Большегрузные поезда пропускались на некоторых участках Северо — Кавказкой, Южной, Северной, Южно — Уральской и других железных дорог.

1.3 Зарубежный опыт

Железная дорога Kansas Сity Southern (KCS), США, в 1999 г. получила 50 новых тепловозов серии АС4400CW c электрической передачей переменного тока постройки компании General Electric Transportation Systems (GE Transportation). Все тепловозы оснащены аппаратурой системы дистанционного (по радио) управления LLC Locotrol EB компании GE Harris Railway Electronics, что позволило KCS войти в число передовых с точки зрения применения распределенной тяги в грузовых поездах.

Объем перевозок по основной магистральной линии KCS длиной 4390 км, получившей название NAFTA Railway, за последние 10 лет вырос в 3 раза. Это побудило железную дорогу к поиску способов уменьшения числа локомотивов, используемых при вождении тяжеловесных грузовых поездов южного направления. Выход был найден в применении концепции распределенной тяги с постановкой локомотивов в нескольких местах по длине состава и дистанционным управлением ими из кабины головного. Это позволяет водить тем же числом локомотивов более длинные и тяжелые поезда (стало возможным включать в состав поездов пять дополнительных вагонов и повысить на 10 — 15 км/ч скорость движения), а за счет сокращения числа поездов, необходимых для освоения того же объема перевозок, — получить резерв пропускной способности линии, в том числе в результате отказа от применения локомотивов-толкачей, которые при обратном следовании после выполнения основной задачи занимают путь.

Преимущества дистанционного управления железные дороги оценили сначала как возможность вождения поездов по системе многих единиц. В 1965 г. компания Harris (после присоединения к General Electric называется GE Harris Railway Electronics) разработала метод управления на расстоянии вспомогательными локомотивами с головного. Благодаря передаче по радио управляющих сигналов и применению электронных переключателей машинист головного тепловоза получил возможность управлять тепловозами, как непосредственно сцепленными с головным, так и находящимися в других местах состава, причем в присутствии локомотивных бригад на вспомогательных тепловозах необходимости не было. Система, получившая название Locotrol, предназначалась для повышения эффективности использования локомотивных бригад и условий вождения поездов. Однако применение системы требовало наличия в составе поезда специального крытого вагона для размещения необходимого электронного оборудования, что не обеспечивало желаемой гибкости при использовании на железных дорогах, поскольку этот вагон следовало то включать в состав поезда, то удалять из него.

В 1995 г. GE Harris, стремясь получить более приемлемое для практического применения решение проблемы распределенной тяги, разработала вариант LSI системы Locotrol. Первыми внедрили эту систему железные дороги BNSF, UP и Conrail [126−130].

Компании WABCO и New York Air Brake также разработали системы дистанционного управления, выполнявшие те же функции, но требовавшие проводной связи между локомотивами по длине поезда.

В системах дистанционного управления трех указанных компаний-разработчиков предусмотрена возможность интеграции с электронными системами управления пневматическими тормозами (ЕСР).

Одной из первых железных дорог Северной Америки в практическом применении распределенной тяги была Canadian Pacific (CPR). В 1969 г. здесь ввели в обращение маршрутные поезда для перевозки угля и зерна, в составе которых находились пять тепловозов и 105 вагонов. С начала 1990;х годов железная дорога совместно с GE Harris работала над созданием систем Locotrol III и Locotrol IV. Недавно CPR приобрела 265 новых тепловозов GE Transportation серии АС44 400, оснащенных аппаратурой систем Locotrol IV и электронного управления тормозами, тем же оборудованием оснащены еще 80 тепловозов, уже находившихся в эксплуатации. В конце 1999 г. дорога располагала более чем 300 тепловозами с оборудованием систем Locotrol, включая локомотивы отделения Electro Motive Division корпорации General Motors (EMD GM) серии SD990MAC. Используя это оборудование, CPR имеет в обращении маршрутные поезда с распределенной тягой для перевозки угля, зерна, серы и поташа, а также исследует возможности применения распределенной тяги в поездах смешанных сообщений, курсирующих между Монреалем и Ванкувером.

В 1993 г. руководство железной дороги Union Pacific (UP), ознакомившись с опытом CPR по применению распределенной тяги в районе Омахи, штат Небраска, заказало 106 тепловозов серий С40 и С41, оснащенных аппаратурой системы Locotrol. Локомотивы были получены в 1995 г. и первоначально использовались для работы в горах Блу-Маунтинс на линии Нампа / Бойсе (штат Айдахо) — Хинкл (штат Орегон). Затем распределенную тягу стали применять в районе месторождений угля в долине реки Паудер, а также на линиях Бейкерсфилд — Уэст-Колтон на юге Калифорнии и Солт-Лейк-Сити (штат Юта) — Лос-Анджелес (штат Калифорния) [131−138].

В настоящее время UP применяет распределенную тягу в семи основных грузовых коридорах, проходящих по сильно пересеченной местности. Всего железная дорога в конце 1999 г. имела 886 приспособленных для этого локомотивов, в том числе 719 тепловозов серии С44АС; была также партия тепловозов серий SD90FC и SD9043FC. Аппаратурой системы дистанционного управления Locotrol ЕВ оснащено 36 ед., системы Locotrol LSI — 400 ед., системы Locotrol III — 450 ед. Размещение полигона распределенной тяги и организация вождения поездов определяются исходя из географических, климатических условий и характера грузопотоков. В некоторых случаях число вспомогательных локомотивов может меняться по длине маршрута, в других — зависит от времени года. Например, в районе Пуэбло, штат Колорадо, в углевозных поездах южного направления в теплые месяцы года тепловозы расставляют по схеме 2 — 2 — 1, в холодные — по схеме 2 — 2 — 2, т. е. добавляют один тепловоз в хвост поезда.

Специалисты железной дороги UP видят основные преимущества распределенной тяги в улучшении условий торможения и уменьшении продольных сил в составе поезда.

Так, в ходе анализа безопасности движения поездов на одной из линий было выявлено следующее. Всего за период наблюдений по линии проследовало 4178 углевозных поездов с сосредоточенной тягой (с тремя локомотивами в голове) и 4064 с распределенной (с двумя локомотивами в голове и одним в хвосте). В поездах с сосредоточенной тягой зафиксировано 162 случая расцепления состава, в поездах с распределенной тягой — 28 случаев.

Вместе с тем на UP, особенно в начальный период внедрения распределенной тяги, имели место проблемы, связанные с потерей сигнала от головного локомотива к хвостовым. Для устранения этого затруднения в определенных местах, таких, как петлеобразная линия через перевал Техачапи, тоннель Моффат, некоторые участки в горах Блу-Маунтинc, где случались указанные явления, установили повторители сигнала. Впоследствии проблему удалось решить путем внедрения четырехканальной радиосвязи.

На железной дороге Burlington Northern Santa Fe (BNSF) распределенную тягу стали применять в широких масштабах в середине 1990;х гг., после объединения ранее самостоятельных Burlington Northern и Santa Fe. Первым полигоном распределенной тяги стала линия через перевал Стампид на западе штата Вашингтон, имеющая уклоны крутизной до 22 ‰. Здесь обычно ставят три тепловоза в голове поезда, три через 60 вагонов и еще два в хвосте. Эта железная дорога, как и некоторые другие, намерена в ближайшей перспективе расширить применение распределенной тяги за счет не только маршрутных, но и обычных грузовых поездов, а также поездов с тарно-штучными грузами и смешанных сообщений.

Ряд линий в западных штатах США железные дороги UP и BNSF используют совместно. Здесь выявилась еще одна проблема. Принадлежащие этим дорогам тепловозы, даже приспособленные для работы в режиме распределенной тяги, нельзя ставить в состав одного поезда, так как их системы дистанционного управления несовместимы. Полагали, что решение этой проблемы будет найдено в 2000 г.

Вместе с тем не все железные дороги первого класса в Северной Америке готовы принять распределенную тягу. В восточных штатах США с этим пока медлят. Так, железная дорога CSX Transportation вообще не проявляет интереса к распределенной тяге. Железная дорога Norfolk Southern имеет только 12 локомотивов, оснащенных аппаратурой систем дистанционного управления, которые она приобрела у UP, и использует их в режиме распределенной тяги на линии, где обращаются углевозные поезда.

Применение распределенной тяги не ограничивается США. Партнер KCS в Мексике — железная дорога Transportation Ferroviaria Mexicana (TFM), на линиях которой имеются еще более крутые уклоны, намерена внедрить вождение поездов с распределенной тягой, используя полученные ею мощные тепловозы серий SDM70MAC и АС4400CW, оснащенные аппаратурой системы Locotrol. Однако для этого необходимо усилить некоторые мосты. В первую очередь планируют применить распределенную тягу на линии Ласаро-Карденас — Монтеррей, где один из участков длиной более 400 км расположен на непрерывном уклоне, крутизна которого в некоторых местах достигает 20 ‰. Связанные с внедрением распределенной тяги испытания TFM проводила на линии Тампико — Сан-Луис-Потоси с уклонами крутизной до 39 ‰ и кривыми радиусом 60 м.

Распределенную тягу применяют также железные дороги Австралии, Бразилии и ЮАР. Здесь преимущественно используют аппаратуру системы дистанционного управления компании WABCO, оснащая ею тепловозы и электровозы. Эта система работает на проводной связи, что упростит в дальнейшем внедрение электронного управления тормозами.

Австралийской компании BHP Billition принадлежит ряд рекордов Книги Гиннеса в области железнодорожного транспорта: самая высокая осевая нагрузка (37,5 т), самые длинные поезда, начиная с 1996 г., состоящие из 540 вагонов и 10 локомотивов общей массой 72 тыс. т, а после 2003 г. — из 682 вагонов и 8 локомотивов общей длиной 7353 м и массой 99,7 тыс. т брутто и 82,3 тыс. т нетто, причём каждый поезд управляется одним машинистом.

Составы поездов, перевозящие руду, добываемую компаниями Rode River или Hammersley, которые конкурируют с BHP Billition, также насчитывают 200 — 220 вагонов, масса нетто поездов достигает 20 тыс. — 29 тыс. т. Они оснащены двумя локомотивами в голове и ещё двумя в середине состава, которые управляются одним машинистом с помощью американской системы дистанционного управления Locotrol.

1.4 Обзор и анализ научных исследований

Теоретической и методологической основой диссертационного исследования послужили работы видных отечественных ученых занимавшихся проблемой управления эксплуатационной работой на железнодорожном транспорте: В. М. Акулиничева, В. А. Кудрявцева, Е. В. Архангельского, Ю. В. Дьякова, Н. И. Иловайского, В. И. Некрашевича, Б. Э. Пейсахсона, В. В. Повороженко, К. К. Тихонова, Л. П. Тулупова, А. К. Угрюмова, В. Г. Шубко и др. [1, 4, 10, 16, 21, 25, 26, 30, 31, 46, 56, 57, 59, 64, 70, 101, 103−107, 116, 119, 120]. Также были рассмотрены работы В. И. Александрова, А. П. Батурина, В. А. Буянова, С. В. Дуваляна, В. А. Персианова, В. М. Савиной, Н. П. Терешиной и др. [5, 6, 7, 43, 49, 55, 58, 68, 89, 95, 99, 109, 114, 117, 121, 122] связанные с математическим моделированием производственных процессов, в том числе управления перевозками.

Б.Э. Пейсахсон в своей работе рассматривал проблему веса и скорости поезда на основе минимизации затрат, включавших не только расходы, но и долю капитальных вложений на развитие постоянных устройств линии. В результате им получены зависимости оптимальных значений массы поездов и участковой скорости от величины грузопотока. Однако эти зависимости получены для стабильного грузопотока на однопутных и двухпутных линиях.

Влияние грузопотока на весовые нормы поезда рассмотрены в работе профессора Г. И. Черномордика [115], где он рекомендует обеспечивать одинаковые скорости обычных грузовых поездов разной массы, для того чтобы удельная мощность локомотивов, приходящаяся на 1 тонну массы состава была примерно одинаковой.

Профессор К. К. Тихонов исследовал оптимальные уровни норм массы грузовых поездов при заданном типе локомотива и длине станционных путей, влияние этих норм на выбор оптимальной длины участков обращения локомотивов и предложил методику выбора наиболее выгодных норм массы грузовых поездов в текущих эксплуатационных условиях и нормативы таких расчетов.

Научные работы этих ученых объективно были ориентированы в основном на плановую экономику страны, но большинство ранее разработанных ими технологий довольно актуальны и сегодня. За последние годы появились работы рассматривающие работу железнодорожного транспорта в новых экономических условиях. В первую очередь это работы И. Н. Шапкина, В. А. Шарова, А. И. Щелокова и др. [20, 24, 118−120].

Работы в направлении снижения затрат на перемещение поезда ведутся многими научно-исследовательскими организациями в России и практически во всех развитых странах. В отечественной и зарубежной науке решение проблемы оптимизации движения поездов получило широкое развитие с 70-х гг. Были проведены фундаментальные исследования в этой области и разработаны основные направления по снижению энергозатрат на тягу поездов [52, 53, 78, 81].

Фундаментальным положениям теории тяги, положенных в основу оптимизационных расчетов, посвящены работы известных ученых: А. Н. Долганова, А. А. Мугинштейна, С. И. Осипова, Б. Г. Постола и др. [60, 67, 82, 88].

Отечественный и зарубежный опыт внедрения ресурсосберегающих технологий организации перевозочного процесса показал, что одной из наиболее эффективных мер позволяющей получить наибольший эффект от внедрения является оптимизация веса и длины грузовых поездов. Проблема повышения веса и длины грузовых поездов, как правило, рассматривается в качестве меры, направленной на повышение провозной способности железнодорожных линий [19, 35, 72, 73, 75, 100]. В настоящее время, несмотря на некоторый спад грузонапряженности на отдельных направлениях сети, актуальность этой проблемы еще остается. Критерием оптимизации веса и длины грузовых поездов в новых условиях должен стать минимум эксплуатационных расходов на транспортировку грузов.

Значителен вклад Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) в развитие и совершенствование эксплуатации локомотивов железнодорожной сети Советского Союза. Профессор Н. А. Фуфрянский, кандидаты технических наук Н. А. Дроздов, В. Д. Бархатный и др. разработали методы выбора и рационального размещения типов локомотивов, сооружений и устройств локомотивного хозяйства на железнодорожных направлениях.

В 70-х гг. ВНИИЖТ разработал систему телемеханического дистанционного управления локомотивами (СМЕТ). Эта система позволила решить ряд важнейших задач по интенсивному использованию локомотивного парка: позволяет объединять или разъединять локомотивы без подготовки и подборки по электрическим цепям, электромеханическим характеристикам и другим параметрам; обеспечивает автоматическое диагностирование цепей управления локомотива в пути следования и в депо; экономия локомотивного парка.

В работе Н. А. Фуфрянского освещены этапы развития локомотивной тяги, некоторые проблемы дальнейшего совершенствования электровозов, тепловозов, вождения поездов повышенной массы и длины, некоторые тенденции развития локомотивов за рубежом. Представлены основы обслуживания и ремонта локомотивов с использованием диагностических устройств.

В работе И. Г. Павловского, А. С. Перминова, А. Д. Чернюгова исследована организация движения соединенных поездов в условиях предоставления «окон» для выполнения ремонтно-путевых работ; описан порядок определения наивыгоднейших продолжительности «окон» для производства капитального ремонта пути; рассмотрена система обращения соединенных поездов как мера повышения эффективности работы на удлиненных тяговых плечах, а также временного и постоянного увеличения пропускной и провозной способности железных дорог.

В книге С. Я. Айзинбуда, П. И. Кельпериса [2,3] рассмотрены вопросы теории и практики эксплуатации локомотивов, методы повышения эффективности и качества их использования, повышения производительности труда локомотивных бригад, огромное внимание уделено техническому обслуживанию, планированию и управлению эксплуатацией локомотивов.

В книге В. Г. Иноземцева, Н. А. Панькина, А. Е. Пырова представлены технико-экономические обоснования результатов перевозок грузов в поездах повышенной массы и длины, оптимальные способы их формирования и пропуска. Описываются технологии и технические средства, обеспечивающие вождение таких поездов.

Обеспечение максимальной провозной и пропускной способности железнодорожного транспорта того периода в связи с исключительно высокой грузонапряженностью линий являлось основным критерием при выборе режима ведения и построения графика движения поезда. Этого можно достигнуть путем ведения поездов с наибольшей массой, наибольшей скоростью и наименьшим временем движения по участку. Такой принцип расчета движения поезда официально утвержден ПТР и получил название принципа максимума.

В книге В. И. Балча, И. Г. Казовской, В. А. Кудрявцева, В. Ф. Гречанюка дано систематизированное изложение теории и практики регулирования перевозок на железнодорожном транспорте. Приведены общие сведения об управлении перевозками, рассмотрены методы воздействия на вагонные парки, вагонопотоки и движение поездов. Особое внимание уделено вопросам комплексного регулирования вагонных парков. Рассмотрены методы перемещения парка локомотивов и мероприятия по форсированному использованию пропускной и провозной способности железнодорожных линий. Приведены сведения о решении вопросов оперативного управления перевозочным процессом с использованием АСУЖТ, а также рассмотрена постановка и решение задачи оперативного управления погрузочными ресурсами сети дорог на базе многодневного прогноза вагонопотоков.

При анализе расходов особый интерес представляет оценка влияния на расходы изменения отдельных качественных показателей использования подвижного состава. Это связано с тем, что практически каждый качественный показатель использования подвижного состава в той или иной мере зависит от технологии эксплуатационной работы, которая является важнейшим фактором для управления затратами.

На сегодняшний день такая оценка осуществляется по разработанным ВНИИЖТом методическим рекомендациям. Поскольку качественные показатели использования подвижного состава являются вторичными (производными) от объемных, то их влияние на расходы в методических рекомендациях оценивается через изменение количественных показателей: — пробежных, временных, энергетических. Например, влияние на расходы изменения веса поезда брутто оценивается по формуле 1.1:

где — влияние на расходы изменения веса поезда брутто, тыс. руб.;

— укрупненная расходная ставка на поездо-км, руб.;

— изменение пробега поездов под влиянием веса поезда брутто, тыс. поездо-км;

— грузооборот, тыс. т-км брутто;

— вес поезда брутто до и после изменения, т.

Каждому качественному показателю в методике сопоставлен определенный объемный показатель. Исключение составляют интегральные показатели использования подвижного состава (производительность вагона и производительность локомотива), влияние которых на расходы рассчитывается через оценку изменения формирующих их частных показателей в формулах 1.2−1.3:

где — влияние на расходы изменения производительности вагона, тыс. руб.;

— влияние на расходы изменения отношения порожнего пробега вагонов к груженому, тыс. руб.;

— влияние на расходы изменения динамической нагрузки груженого вагона, тыс. руб.;

— влияние на расходы изменения среднесуточного пробега вагона, тыс. руб.;

— влияние на расходы изменения среднесуточной производительности локомотива, тыс. руб.;

— влияние на расходы изменения массы поезда брутто, тыс. руб.;

— влияние на расходы изменения среднесуточного пробега локомотива, тыс. руб.

Однако такой подход приводит к логически неверным результатам. Иногда получается, что интегральные показатели улучшаются, а сумма влияния на расходы изменения частных показателей отрицательна, и наоборот — интегральные показатели ухудшаются, а сумма влияния на расходы положительна.

Также в методике не дается ответа, как оценить обобщенное влияние на расходы всех качественных показателей (поскольку суммирование влияния на расходы всех качественных показателей в отдельности не правомерно, так как они взаимосвязаны между собой).

Таким образом, необходим пересмотр подхода к оценке влияния на расходы изменения интегральных показателей использования подвижного состава, а также разработка способа обобщенной оценки всех качественных показателей.

На наш взгляд, влияние изменения производительности вагона и производительности локомотива на расходы можно оценить через изменение таких объемных показателей, как пробег вагонов и эксплуатируемый парк локомотивов соответственно. При этом, изменение пробега вагона умножается на укрупненную расходную ставку 1000 вагоно-км, а изменение эксплуатируемого парка локомотивов на укрупненную расходную ставку локомотиво-час. Поэтому оценка влияния на расходы изменения интегральных показателей использования подвижного состава должна осуществляться по приведенным ниже формулам 1.4−1.5:

1) оценка влияния на расходы изменения производительности вагона:

где — влияние на расходы изменения производительности вагона, тыс. руб.;

— укрупненная расходная ставка на 1000 вагоно-км общего пробега, руб.;

— изменение общего пробега вагонов, тыс. вагоно-км;

— доля груженого пробега вагонов в общем пробеге, ед.;

— доля порожнего побега вагонов в общем пробеге, ед.;

— укрупненная расходная ставка на 1000 вагоно-км груженого пробега, руб.;

— укрупненная расходная ставка на 1000 вагоно-км порожнего пробега, руб.;

— грузооборот, тыс. т-км нетто;

— среднесуточный пробег вагона рабочего парка, км;

 — среднесуточная производительность вагона до и после изменения, т-км нетто.

2) оценка влияния на расходы изменения производительности локомотива:

(1,5)

где — влияние на расходы изменения производительности локомотива, тыс. руб.;

— изменение эксплуатируемого парка локомотивов, тыс. ед.;

— укрупненная расходная ставка на локомотиво-час, руб.;

— доля тонно-километров брутто в электровозной тяге, ед.;

— доля тонно-километров брутто в тепловозной тяге, ед.;

— укрупненная расходная ставка на электровозо-час, руб.;

— укрупненная расходная ставка на тепловозо-час, руб.;

— грузооборот, млн. т-км брутто;

 — среднесуточная производительность локомотива до и после изменения, тыс. т-км брутто.

Использование в расчетах укрупненной расходной ставки 1000 вагоно-км, включающей в себя зависящие расходы вагонного хозяйства, и укрупненной расходной ставки локомотиво-час, содержащей зависящие расходы локомотивного хозяйства, позволяет при оценке влияния на расходы изменения интегральных показателей использования подвижного состава учитывать все расходы, связанные с качеством эксплуатационной работы. Поэтому суммированием оценки изменения производительности вагона и локомотива можно получить обобщенную оценку влияния на расходы всех качественных показателей, формула 1.6:

(1.6)

где — обобщенное влияние на расходы изменения всех качественных показателей, тыс. руб.

Эксплуатационная работа железнодорожного транспорта связана с организацией вагонопотоков. Организация вагонопотоков осуществляется по плану формирования. План формирования, является основой для разработки графика движения поездов, который связывает работу и расходы хозяйств железнодорожного транспорта.

Разработка наиболее рационального плана формирования «является одной из основных задач эксплуатационной работы».

Определяя оптимальный план формирования поездов необходимо определить критерии оценки организации вагонопотоков. Под критерием понимается «признак, на основании которого производится оценка». Критерии оценки организации вагонопотоков подразделяются на натуральные (величина грузооборота; величина вагоно-часов простоя; величина срока доставки грузов; величина необходимого вагонного парка; величина порожнего пробега вагонов) и стоимостные (величина расходов на приведенные вагоно-часы; величина оборотных средств предприятий на грузы в пути; величина расходов на продвижение вагонопотоков; величина прибыли от перевозок грузов; рентабельность при перевозке грузов) критерии. Среди различных натуральных и стоимостных критериев оценки организации вагонопотоков, величина расходов является важнейшим. Это объясняется тем, что основной задачей железнодорожного транспорта является обеспечение необходимого объема перевозок грузов с минимально возможными издержками. При этом подразумевается необходимое качество перевозок и рентабельная работа сети железных дорог.

В рыночных условиях критерием оценки организации вагонопотоков должна стать прибыль.

Однако, в соответствии с действующими нормативными документами, тариф на перевозку грузов централизовано устанавливается государством и взимается за кратчайшее расстояние перевозки. Это практически не позволяет с помощью разработки различных вариантов плана формирования изменять доходы от перевозки грузов. Поэтому использование в качестве критерия прибыли или рентабельности, в конечном счете, сводится к критерию величины расходов.

В настоящее время при разработке плана формирования поездов критерием оценки являются вагоно-часы простоя вагонов при организации вагонопотоков по формуле 1.7:

(1.7)

где — простои вагонов при организации вагонопотоков, вагоно-час;

— объем вагонопотока, вагон;

— простой вагона под начальной операцией (станция погрузки), час;

— сумма простоя вагона на технических станциях, проходимых с переработкой, час;

— сумма простоя вагона на технических станциях, проходимых без переработки, час;

— простой вагона под конечной операцией (станция выгрузки), час;

— количество корреспонденций перевозки грузов, ед.;

— количество технических станций, проходимых с переработкой, ед.;

— количество технических станций, проходимых без переработки, ед.

Таким образом, существующий критерий оценки организации вагонопотоков при составлении планов формирования поездов является натуральным и не учитывает экономическую сторону организации вагонопотоков. Правда, стоит отметить, что для перевода вагоно-часов в денежный показатель используем модифицированную из формулы 1.7 в формулу 1.8:

(1.8)

где — расходы на приведенные вагоно-часы при организации вагонопотоков, руб.;

— сумма эквивалентов переработки вагона на технических станциях, проходимых с переработкой, час;

— единичная расходная ставка на вагоно-час, руб./вагоно-час.

В модифицированную формулу включается эквивалент переработки вагона, который учитывает разницу в расходах на прохождение вагоном технической стации с переработкой и без переработки, формула 1.9:

(1.9)

где — эквивалент переработки вагона j-ой станции, час;

— расходы на прохождение вагоном j-ой технической станции с переработкой, руб./вагон;

— расходы на прохождение вагоном j-ой технической станции без переработки, руб./вагон;

— единичная расходная ставка на вагоно-час, руб./вагоно-час.

Эквивалент переработки вагона позволяет получить приведенные вагоно-часы, которые для перевода в стоимостной показатель умножаются на соответствующую единичную расходную ставку.

С помощью эквивалента переработки вагона и единичной расходной ставки на вагоно-час учитываются только расходы на маневровую работу и амортизацию вагонов, которые представляют собой незначительную часть всех расходов, связанных с продвижением вагонопотоков. Это не позволяет использовать формулу 1.8 для решения ряда задач по составлению наиболее рационального плана формирования поездов. Например, с помощью данной формулы нельзя обосновать выбор экономически более выгодного направления вагонопотоков. Ведь, несмотря на то, что вагонопотоки, как правило, направляются по кратчайшим (тарифным) расстояниям, в ряде случаях более экономично использовать параллельные более длинные хода, называемые кружными ходами.

При реформировании железнодорожного транспорта использование вагоно-часов в качестве критерия оценки организации вагонопотоков (в натуральном или стоимостном выражении) затруднено еще тем, что все больший объем перевозок будет осуществляться операторскими компаниями, которые владеют собственным подвижным составом. Для конкретного оператора важны не вагоно-часы на организацию всех вагонопотоков сети железных дорог, а непосредственно те расходы, которые он несет при перевозке грузов. Получается, что план формирования поездов, оптимальный с точки зрения общих вагоно-часов может оказаться невыгодным для отдельных операторских компаний.

Для составления плана формирования поездов, обеспечивающего снижение расходов на продвижение вагонопотоков, необходимо разработать методику для расчета расходов на продвижение вагонопотоков. Причем, нужно предусмотреть возможность производить расчет расходов отдельно для ОАО «РЖД» и для операторских компаний.

2. Системные улучшения перевозочного процесса. Повышение результативности бизнес и технологических процессов на исследуемом полигоне

2.1 Факторный анализ мероприятий по улучшению бизнес — процессов на полигоне Челябинск — Кропачево

С целью решения задач по системным улучшениям перевозочного процесса в рамках проекта проведена оценка баланса сил бизнес — среды. Определены внешние и внутренние сдерживающие силы, движущие силы успеха в реализации целей и задач по улучшению состояния поездной работы и качества управления тяговыми ресурсами на полигоне Челябинск — Рыбное (рис. 2.1.).

Определяющим, в данном раскладе сил является назревшая необходимость преобразований структуры управления и методологических подходов к проблеме качества регулирования транспортными потоками.