1. ЭФФЕКТИВНОСТЬ СНИЖЕНИЯ ПРОСТОЯ ВАГОНОВ

экономией капитальных вложений в подвижной состав;

экономией сопутствующих капитальным вложениям в по-движной состав капитальных вложений в вагонное хозяйство и путевое развитие станций (в расчетах на перспективу);

сокращением грузовой массы «на колесах» при ускорении оборота груженых вагонов и уменьшением благодаря этому по - требности народного хозяйства в оборотных средствах;

снижением эксплуатационных расходов на содержание по-движного состава;

сокращением сопутствующих затрат, определяемых факторами, обусловливающими ускорение оборота вагонов (маневровых средств, локомотивов, бригад и др.).

В зависимости от целей расчета составные элементы экономического эффекта ускорения оборота вагонов могут определяться отдельно или совместно в виде приведенных народнохозяйственных сбережений, что особенно удобно при сравнении вариантов организационно-технических и реконструктивных мер по улучшению эксплуатации отделений дорог и целых направлений. При опреде- лении эффективности отдельных примеров сокращения простоя вагонов на станциях, в сменах и т. д. часто достаточно подсчитать лишь сбережения в эксплуатационных расходах, так как практически при этом сокращения инвентарного вагонного парка, а тем более экономии капитальных вложений на развитие путевого и вагонного хозяйства не произойдет.

Экономический эффект снижения простоя груженых вагонов опре-деляется не только сокращением потребного количества подвижного •состава для выполнения заданного объема перевозок и текущих затрат на его содержание, но и, как правило, ускорением доставки грузов.

Определению экономического эффекта от улучшения тех или иных элементов оборота вагона предшествует расчет изменения со-ответствующих эксплуатационных показателей, чаще всего экономии вагонного парка или затраты вагоно-часов в сравниваемых ва-риантах и сопутствующих им локомотиво-часов, бригадо-часов, ме-ханической работы, связанной с перемещением подвижного состава, и др.

Экономия вагонного парка, достигаемая ускорением его оборота, определяется по формуле

Г

AiV ваг = 8 7б0^ (01 — вагонов, (75)

где A/Vear — уменьшение потребности в вагонах при ускорении их оборота для заданного объема перевозок;

Г — годовой объем погрузки в т\ <7„ — средний вес нетто учетного вагона в т; Ь2 — оборот вагона соответственно до и после осущест-вления мероприятий по его ускорению в ч.

При определении экономического эффекта от ускорения оборота отдельных видов подвижного состава необходимо иметь в виду, что даже в среднесетевых условиях стоимость вагоно-часа, особенно груженого, различна в связи с разной средней стоимостью и самих вагонов и перевозимых в них грузов.

Эффективность сокращения простоя порожних вагонов на грузовых и технических станциях за счет организационных мероприятий, не требующих дополнительных затрат, может определяться как по вагоно-часам условных, так и по вагоно-часам конкретных вагонов.

Пример 9. Какова экономическая эффективность снижения простоя в среднем в сутки 50 условных порожних вагонов в ожидании отправления лосле выгрузки на 2 ч за счет улучшения технологии и согласования в ра-боте отдельных звеньев станции.

Решение. Принимая среднесетевое соотношение в парке двухосных и четырехосных вагонов, получим в текущих эксплуатационных условиях годовой экономический эффект от сокращения их простоя:

приведенных затрат (табл. 8)

Е\ф = 365 • 50 • 2,0 • 0,0349 = 1 275 руб./год;

эксплуатационных расходов (табл. 6)

?эгф = 365 • 50 • 2 • 0,0139 = 505 руб./год.

Пример 10.

Решение. По данным табл. 9 годовой экономический эффект составит: приведенных затрат

?эф =365 -2 (15- 0,0536+5 • 0,0799 + 5 • 0,0265+5 • 0,210)=1 055 руб./год,

т. е. на 16,5% меньше, чем в примере 9, где расчет произведен по условным вагонам.

Несколько отличной от найденных по условным вагонам будет в данном примере и величина экономии эксплуатационных расходов.

Сумма экономии от снижения простоя груженых и порожних вагонов в эксплуатационных расходах одинакова и зависит только от рода подвижного состава. В приведенных народнохозяйственных затратах экономия выше, так как дополнительный эффект дает ускорение доставки грузов. Если бы в примерах 9—10 речь шла об эффективности в тех же эксплуатационных условиях сокращения простоя груженых вагонов, то при среднесетевой стоимости пере-возимых грузов и среднем использовании грузоподъемности четырехосных вагонов 0,9 и двухосных 0,8 она составила бы (табл. 8) в примере 9

?эФ = 365 • 50 • 2-0,0871 = 3 180 руб./год,

т. е. в 2,5 раза больше, чем для учетных порожних вагонов, а в примере 10 при средней стоимости 1 т груза в полувагонах 40 руб., крытых вагонах 500 руб., на платформах 200 руб. и среднем использовании грузоподъемности вагонов 0,8 по данным табл. 11 приведенная стоимость 1 физического вагоно-часа составила бы

2 97 • 40

полувагонов -L_^Q Ь 5,36 = 7,74 коп.

и соответственно крытых четырехосных 37,69 коп., двухосных 12,25 коп. и платформ двухосных 5,94 коп.

Тогда годовая экономия в приведенных затратах составила бы

?эФ = 365 - 2(15 :0,0774 + 5 • 0,3769 + 5 • 0,1225 + 5 • 0,0594) =

= 2 880 руб./год,

т. е. на 9 % меньше, чем найдено по средним данным для условных вагонов.

Однако для сравнения вариантов на значительных полигонах сети или в масштабе дорог или даже отделений вполне приемлемы технико-экономические расчеты и по средним данным для условных вагонов.

Эффективность мероприятий по снижению простоя вагонов орга-низационно-технического или реконструктивного порядка, требующих дополнительных текущих затрат или капитальных вложений, или тех и других вместе, определяется по общей методике сравнения вариантов.

Пример 11. Из-за некоторого несоответствия темпов формирования и отправления поездов в отдельные напряженные часы работы часть груженых вагонов задерживается в сортировочном парке после завершения накопления в ожидании формирования. При какой минимальной задержке вагонов будет целесообразна организация дополнительного маневрового района, если формирование поездов производится тепловозами ТЭ1?

Решение. Условие экономического равновесия дополнительной задержки вагонов в ожидании формирования и организации действующего круглосуточно нового маневрового района (вытяжной путь для него имеется) для устранения этой задержки можно выразить следующей формулой:

Свч S SB4n = 24 + Сс бр) руб., (76)

где Свч—приведенная стоимость груженного вагоно-часа в руб.;

— дополнительная задержка вагонов в сортировочном парке в ожидании формирования в вагоно-ч в сутки;

С"ч — приведенная стоимость маневрового локомотиво-часа с локомотивной бригадой в руб.;

Сс бр — стоимость 1 ч работы составительской бригады (с учетом дополнительных начислений) в руб.

В стоимость маневрового локомотиво-часа включаются затраты топлива, но не учитываются расходы, связанные с износом подвижного состава и пути при маневрах, так как с организацией нового маневрового района они оста-нутся неизменными. Очевидно, организация нового маневрового района (без усиления путевого развития станции) целесообразна, если

У] 24 4 +Сс.бр) вагоно.ч/сутки (77)

Для заданных условий по табл. 8 и 19, принимая Cc.gp= 160 коп/ч,

поП 24 (465 + 160)

> ^yj > 1 720 учетных вагоно-ч/сутки,

или более 860 учетных вагоно-часов в сутки при организации маневрового района на одну смену в сутки (12 ч).

Пример 12.

Решение. Сооружение и оборудование дополнительного выгрузочного пути экономически целесообразно ¦ при условии, если

,р ^доп

С = рг _ — < 10 лет, (78)

сэф ^доп

где t?K—расчетный срок окупаемости капитальных вложений, лет;

Лдоп —• Дополнительные капитальные вложения в сооружение и обору-дование выгрузочного пути в руб.;

?эф — приведенная народнохозяйственная годовая экономия от снижения простоя груженых вагонов в ожидании подачи под выгрузку в руб.;

Эд0П—дополнительные текущие расходы на содержание выгрузочного пути с оборудованием в руб.;

10 — нормативный срок окупаемости капитальных вложений, установ-ленный для железнодорожного транспорта.

В данном примере

ЛДОП = 220- 25 000;- 10~3 + 40 000 = 45 500 руб.; ?эф = 365 • 160 • 2,5 • 0,0871 = 12 700 руб./год;

Эдоп = 3 000 • 220 • 10"~3 + 2 500 = 3 160 руб./год.

Тогда по формуле (78)

р 45 500

(ок~ 12 700 — 3 160 ~4,8 года'

т. е сооружение и оборудование дополнительного станционного пути в данном случае экономически 'целесообразно.

Яост = 3,8Dt2OP + Qбр) Ю-6 ткм, (79)

где Roc-r

^тор р

Q бР

потеря кинетической энергии поезда при его остановке торможением в ткм; скорость начала торможения в км/ч; вес локомотива в рабочем состоянии в т; вес состава брутто в т.

В формуле (79) учтено, что примерно 10% кинетической энергии при остановке затрачивается полезно — на преодоление основного сопротивления движению, поэтому коэффициент при скорости начала торможения взят не 4,17, как вытекает из тяговых расчетов, а 4,17 : 1,10 «3,8.

В ориентировочных, но достаточно точных для сравнения вариантов расчетах потери кинетической энергии одним поездом от остановок на целом направлении можно определять аналитически по формуле

2#ост = 3,8(атор0х)2(/3 + (?бр) 10"6/Сост ткм, (80)

где vx- Кост '

средняя ходовая скорость на направлении в км/ч; количество остановок поезда на направлении, определяемое одним из аналитических способов (проф.

(Х-г on

коэффициент меньше единицы, представляющий собой отношение средней скорости начала торможения к средней ходовой скорости поезда на направлении (значения коэффициентов по данным Института комплексных транс-портных проблем Госэкономсовета СССР приведены в табл. 35).

Таблица 35

Среднее соотношение между ходовой скоростью на направлении и скоростью начала торможения при остановках на станциях Вид тяги Средняя ходовая скорость в км/ч Отношение средней скорости начала торможения при остановках поездов к средней ходовой скорости Электрическая 60 1,0 78 0,9 80 0,8 » 90 0,7 Тепловозная 50 0,95 65 0,79 75 0,71 85 0,68

Полная стоимость одной остановки поезда по времени и энергии составляет

Сост = Спч^Мрз) + 3,8dt2op(P + Q6p) Сэ 10-6 рубм (81)

где /ст — продолжительность стоянки поезда в мин;

/гз — время разгона и замедления в мин (при паровой и элек-трической тяге может приниматься примерно 3 мин, при тепловозной — 4 мин)\ Сэ — расходная ставка на 1 ткм механической работы ло-комотива в руб. (табл. 33).

В проектных и массовых расчетах, если неизвестна конкретная скорость начала торможения при остановках, она может быть заме-нена ходовой скоростью с поправочным коэффициентом, приведенным в табл. 35.

При электрической тяге на постоянном токе должны быть учтены и дополнительные потери электроэнергии в пусковых реостатах, имеющие место при последующем разгоне поезда, до выхода тягового режима электровоза на автоматическую характеристику. Они определяются по формуле

A»ZT = 3,8 уэн Уреост {Р + где — дополнительный расход электроэнергии на внешних

шинах подстанции, связанный с реостатными ее потерями при одном разгоне поезда, в квт-ч;

Y3H — коэффициент перевода механической работы {ткм) в квт-ч на внешних шинах подстанции. Для электровоза постоянного тока составляет 3,6;

Треост—коэффициент реостатных потерь от общей кинетической энергии разгона поезда — для шестиосных электровозов составляет 2/6, или 0,33, и для восьми- осных 3/в, или 0,375, а в среднем для электрической тяги в ориентировочных расчетах может приниматься равным 0,35;

уавт — скорость выхода на автоматическую тяговую харак-теристику в км/ч. В ориентировочных расчетах может заменяться скоростью на расчетном подъеме, равной для современных электровозов постоянного тока Н8 и ВЛ23 43,3 км/ч, для расчетов на перспективу — в пределах 45—50 км/ч.

Подставляя в формулу (82) постоянные данные и учитывая, что здесь мы имеем дело лишь с потерей электроэнергии, эквивалентной механической работе (если не принимать в расчет пропор-ционального этой потере энергии износа самих реостатов), затраты, связанные с реостатными потерями от одного разгона поезда, можно выразить формулой

С?опСТ= 13,7уреостУр(Р+ Тогда для среднесетевых условий затраты, связанные только с потерей энергии от одной остановки поезда (энергетическая составляющая стоимости одной остановки), ориентировочно могут опреде-ляться по формулам:

При паровой тяге 0,64D?op (Р + <2бр) Ю~6 руб.; » тепловозной тяге 0,39 DTOP(P + QeP) Ю-6 руб.; » электрической тяге (0,386 Vt0P + 88,6) • (Р + QeP) Ю-6 руб. В расчетах энергетической составляющей стоимости одной остановки поезда с электрической тягой учтены дополнительные потери

энергии в реостатах при трогании с места (второе слагаемое в первой скобке), но не учтена возможная эффективность рекуперации энергии при остановке.

Зависимость энергетических потерь, связанных с одной останов-кой поезда, от скорости начала трможения и весовой нормы поезда для электрической (электровоз ВЛ23) и тепловозной тяги (тепловоз ТЭЗ в двух секциях) приведена на рис. 4. На рисунке видно, что эти затраты для поездов с прогрессивными видами тяги в современных условиях, особенно при скоростях начала торможения более 40 км/ч, примерно одинаковы. Практически, однако, затраты, связанные с торможением поездов при остановках, даже для поездов одинакового веса при электрической тяге выше, чем при тепловозной, из-за более высокой скорости начала торможения.

Пример 13. Во что обходятся остановки всех поездов на одном раздельном пункте в одном направлении, если среднесуточные размеры движения 20 поездов, вес их 3 ООО т, скорость начала торможения при остановке 50 км/ч и продолжительность стоянки каждого поезда 15 мин. Участковая скорость 40 км/ч, длина участков обращения локомотивов 500 км и бригад 250 км. На линии курсируют тепловозы ТЭЗ в двух секциях (локомотивная бригада из 2 чел.).

Решение. По формуле (64) и данным табл. 21 приведенная стоимости поездо-часа на участке составляет

Спч = 9,78 + ^0,0252 + + ^f") 40 + 0,003 • 3 000 =

= 9,78 + 2,74 + 9,0 = 21,52 руб/ч.

Тогда приведенные перевозочные годовые затраты, связанные с остановками и стоянками поездов на данном раздельном пункте, составят

/ 21 52 *19 \

?ост = 365 • 20 ( —1-go + 3,8 • 502 • 3 252 • 0,1025 • 10~ \ =

= 365 • 20 (6,81 + 3,16) = 72 600 руб.

Если требуется оценить только остановку, но не продолжительность стоянки, то во временные затраты войдет лишь стоимость разгона и замед-

9 1 ^S). А

ления 4 мин (в данном примере .—= 1,43 руб., или примерно 40%).

60

Тогда годовые приведенные затраты от остановок составят

365-20(1,43 + 3,16) = 33 400 руб./год,

т. е. в данном случае примерно 50% всех потерь, связанных с остановками поездов, составляют потери от самого факта остановки поездов.

В среднесетевых условиях в настоящее время 1 мин задержки поезда примерно эквивалентна стоимости 2,5 ткм механической ра-боты локомотива при электрической тяге и 3 ткм при тепловозной.

К тому же рекуперирующий электровоз выступает в роли своего рода передвижной дополнительной тяговой подстанции, способствующей улучшению режима напряжения в контактной сети, а следовательно, и повышению фактической скорости движения других поездов с тягой в данной фидерной зоне, уменьшению потерь электроэнергии в проводах.

По наблюдениям работников кафедры «Электроподвижной состав» МИИТа систематическое применение рекуперативного торможения позволяет экономить Южно-Уральской дороге в год на возврате электроэнергии 0,7—0,8 млн. руб. и на сохранности лишь тормозных колодок 0,9—1,0 млн. руб. Если даже учесть некоторое увеличение ремонтных расходов на содержание тяговых двигателей электровозов, оборудованных для рекуперации, то и тогда можно считать, что полная эффективность рекуперации значительно превышает стоимость сэкономленной электроэнергии.

Учитывая, что ремонт двигателей пропорционален выполненной локомотивом механической работе или, что то же самое, количеству переработанной электроэнергии, затраты, связанные с ремонтом двигателей при рекуперации, увеличатся на величину отношения механической работы рекуперации к механической работе локомотива на тягу поезда. В той же пропорции возрастут и затраты, свя-занные с ремонтом ходовых частей и тормозной системы самого локомотива. Затраты же на ремонт ходовых частей и тормозной системы вагонов будут меньшими в прямой пропорции к величине механи-ческой работы. На затраты, связанные с экипировкой, смазкой ло-комотива, ремонтом его кузова и техническим осмотром вагонов, рекуперация, по-видимому, практического влияния не окажет.

Расход электроэнергии на тягу поездов при рекуперации уменьшится на величину возврата электроэнергии, считая на внешних шинах подстанции. Величина этого уменьшения расхода электро-энергии на 1 ткм механической работы локомотива будет равна

3,6 11 apeKj = 3,6(1 — 0,65 арск) квт-ч.

Здесь сірек — отношение всей механической работы рекуперации к механической работе локомотива, затраченной на тягу поезда, на том или ином участке;

2,34 — эквивалент 1 ткм механической работы рекупера-ции в квт-ч на внешних шинах подстанции с уче-том потерь в контактной сети и на самой подстанции; 1 ткм механической энергии рекуперации равен 2,725 квт-ч электроэнергии (физический эквивалент) или 2,725 ЛксЛпс = 2,725 • 0,90 • 0,95 = 2,34 квт-ч электроэнергии на внешних шинах подстанции;

3,6 — эквивалент 1 ткм механической работы локомотива в квт-ч на внешних шинах подстанции (с учетом потерь).

Сложнее зависимость износа пути от рекуперации. Как отразится на износе рельсов сосредоточение всех тормозных сил на колесах локомотива вместо распределения их по всему составу? Есть основания полагать, что механический износ пути, главным образом истирание рельсов, при этом уменьшиться, но увеличится угон пути, а при хорошем его закреплении возрастут внутренние напряжения, что связано с преждевременной усталостью металла. Точной оценки этих факторов пока еще нет. Наблюдения, проведенные на Южно- Уральской и Свердловской дорогах, дают основание полагать, что в общем на участках, где систематически применяется рекуперация, затраты, связанные с содержанием верхнего строения пути, по сравнению с периодом, когда поезда здесь следовали на автоматическом торможении, снизились примерно наполовину. Сказалось, правда, не столько меньшее истирание рельсов, сколько уменьшение случаев смены их из-за лопанья под влиянием дробящих ударов колес с «ползунами» на бандажах, которые получались нередко при заклиниваниях колес тормозными колодками, когда здесь пользовались только автоматическими тормозами.

Данные о сокращении на 50% затрат, связанных с ремонтом верх-него строения пути при рекуперации, можно принять лишь в порядке первого приближения. Если даже они недостаточно точно отражают действительное влияние рекуперации на износ пути, то, во- первых, их удельный вес в общей экономии от рекуперации не так уж велик (примерно 15 %), во-вторых, при сравнении вариантов эксплуатации доля самой экономии от рекуперации составляет лишь 2—5 % всех перевозочных затрат, и в-третьих, степень ошибки во всех вариантах будет одинаковой и на выбор наивыгоднейшего из них влияния практически не окажет.

Исходя из этого средняя стоимость 1 ткм механической работы локомотива на всей линии при электрической тяге с учетом экономической эффективности рекуперативного торможения поездов составит (см. табл. 33):

Ремонт двигателя электровоза 0,32 (1 + ярек) коп.

» ходовых частей вагонов .... 2,0 (1—«рек)

» » » локомотива . . 0,33 (1+Ярек) Текущее содержание верхнего строения

путини амортизация рельсов .... 1,28(1—0,5 ^рек)

Экипировка 0,13 коп.

Амортизация балласта и шпал .... 1,87 »

Технический осмотр вагонов 0,59 »

Стоимость электроэнергии 3,60 (1—0,65 «рек) коп-

Итого 10,12—4,33 «рек коп.

т. е. с учетом экономической эффективности рекуперации стоимость 1 ткм механической работы локомотива будет

(84)

Сэ = 10,12 —4,33 арек коп.

Таким образом, 1 ткм механической работы рекуперации дает экономический эффект, равный 4,33 коп., или на 1 квт-ч энергии рекуперации на внешних шинах подстанции

при стоимости самой электроэнергии 1 коп. за 1 квт-ч. Иными словами, 1 квт-ч рекуперированной энергии дает, кроме экономии электроэнергии, почти такой же по стоимости эффект от экономии на ремонтных расходах (главным образом тормозной системы и колодок вагонов).

Конечно, полный эффект достигается при полезном использовании всей рекуперируемой энергии, что практически не всегда возможно. На тех подстанциях, где нет инверторных установок, часть рекуперируемой энергии, которая не используется для тяги поездов, погашается балластными сопротивлениями. В этом случае каждый киловатт-час неиспользованной рекуперированной энергии обеспечивает экономию лишь на ремонтных расходах (порядка 2 коп. на 1 ткм механической работы рекуперации) и некотором повышении средней скорости движения поездов на спусках.

Однако на грузонапряженных линиях, которые в основном и электрифицируются, размеры движения в настоящее время таковы, что вопрос о потребителе рекуперированной энергии уже почти не встает. Даже в той же фидерной зоне почти всегда имеются поезда попутного и встречного направлений, следующие с тягой и исполь-зующие энергию рекуперации поездов, идущих под уклон. Поэтому в расчетах, связанных с выбором наивыгоднейших способов освоения грузопотоков, можно принимать условие полного использования рекуперированной энергии.

Таким образом, подсчет экономического эффекта от рекуперативного торможения сводится к определению механической работы рекуперации.