График движения поездов и пропускная способность железных дорог

График движения поездов (ГДП) — основной нормативно-технологический документ, регламентирующий работу всех подразделений по обеспечению движения поездов. График движения является планом всей эксплуатационной работы железных дорог: он координирует работу станций, локомотивных и вагонных депо, тяговых подстанций, пунктов технического обслуживания вагонов (ПТО), дистанций пути, дистанций СЦБ и связи, а также локомотивных бригад. График движения и план формирования поездов вводятся в действие одновременно и связаны между собой: план формирования определяет, какие поезда формируются, а график — когда они отправляются.

Требования, предъявляемые к графику движения поездов:

• удовлетворение потребностей в перевозках пассажиров и грузов;
• безопасность движения поездов;
• эффективное использование пропускной и провозной способности участков и перерабатывающей способности станций;
• высокопроизводительное использование подвижного состава;
• соблюдение установленной продолжительности непрерывной работы локомотивных бригад;
• возможность производства работ по текущему содержанию пути, сооружений, устройств СЦБ, связи и электроснабжения.

Последнее требование объясняет, почему в графике обязательно предусматривается технологическое «окно»: без перерыва в движении невозможно ни содержать путь в исправном состоянии, ни ремонтировать устройства. Именно поэтому в формуле пропускной способности всегда присутствует вычитаемое t_тех.

Элементы графика движения поездов:

• времена хода поездов различных категорий по перегонам;
• продолжительность стоянки поездов на станциях для выполнения технических, грузовых и пассажирских операций;
• станционные интервалы (неодновременного отправления и прибытия, скрещения, попутного следования и другие);
• интервалы между поездами в пакете;
• время нахождения локомотива на станциях локомотивного депо и в пунктах оборота.

Времена хода поездов определяются тяговыми расчётами и рассчитываются в двух вариантах: при организации безостановочного следования поезда через ограничивающие перегон раздельные пункты — чистое время хода; и при наличии остановок поезда на этих раздельных пунктах. Разность между временем хода с остановками и чистым временем хода даёт добавочное время на разгон и замедление. При стандартных тяговых расчётах движение поезда рассматривается как движение условной материальной точки, масса которой сосредоточена в середине состава: время хода по перегону определяется по моментам времени сопоставления середины поезда с осями станций, ограничивающих перегон. Полученные расчётные данные уточняются с помощью машинистов-инструкторов, а также по данным опытных поездок со специализированным динамометрическим вагоном.

Порядок разработки графика: сначала прокладываются линии хода пассажирских поездов с сохранением действующего расписания поездов постоянного обращения; затем прокладываются линии хода ускоренных грузовых поездов, отправительских и ступенчатых маршрутов постоянного обращения и, наконец, остальных поездов; сборные поезда прокладываются по заранее составленной схеме с минимальным простоем местных вагонов на промежуточных станциях. При разработке графика пассажирские поезда имеют приоритет перед грузовыми: согласно статье 52 Устава железнодорожного транспорта РФ владельцы инфраструктур разрабатывают график движения пассажирских поездов на основании обращений перевозчиков, подаваемых не позднее чем за семь месяцев до ввода графика в действие, а разработка завершается не позднее чем за четыре месяца до ввода.

Показатели графика делятся на количественные и качественные. Количественные: число грузовых и пассажирских поездов, нанесённых на график; размеры погрузки и выгрузки, которые могут быть освоены при данном графике. Качественные: техническая скорость; участковая скорость; маршрутная скорость; коэффициент скорости (коэффициент участковой скорости); среднесуточный пробег локомотивов; средние простои поездов и локомотивов; средняя масса поезда.

Графики движения классифицируют по четырём основным признакам.

а) В зависимости от скорости движения — параллельный и непараллельный. При параллельном графике все поезда одной категории следуют по перегону с одинаковым временем хода, поэтому линии хода на графике параллельны; такой график удобен для расчёта пропускной способности и является расчётным. При непараллельном графике поезда разных категорий (пассажирские, ускоренные грузовые, сквозные, сборные) имеют разные времена хода, и линии хода не параллельны; такой график применяется на реальной сети.

б) По числу главных путей — однопутные, двухпутные, однопутно-двухпутные (когда часть перегонов двухпутная за счёт двухпутных вставок или второго пути на отдельных перегонах), многопутные и полосной график (применяемый на многопутных участках, когда поезда разных направлений и категорий распределяются по «полосам»).

в) По соотношению числа поездов в чётном и нечётном направлениях — парные и непарные. Парный график предполагает одинаковое число поездов в обоих направлениях, непарный — разное, что характерно для участков с резко выраженной неравномерностью перевозок (например, при вывозе массового груза в одном направлении и возврате порожних вагонов в другом).

г) В зависимости от расположения поездов попутного следования — пачечные, пакетные и частично пакетные. Пакет — группа поездов одного направления, следующих друг за другом с разграничением межпоездным интервалом. При пачечном графике поезда попутного следования отправляются группами с минимальными интервалами, но без строгой регулярности; при пакетном — регулярными группами одинакового размера; при частично пакетном — только часть поездов объединяется в пакеты. Отношение числа поездов, следующих в пакетах, к общему числу поездов называют коэффициентом пакетности.

Основные типы графиков, которые нужно различать: парный непакетный; непарный непакетный; парный пакетный; парный частично пакетный; непарный частично пакетный; однопутно-двухпутный; двухпутный; многопутный; полосной. Отдельно выделяют насыщенный график — график с высоким коэффициентом использования пропускной способности, при котором участок работает практически без резерва.

Почему тип графика так важен? Потому что пропускная способность — не свойство пути, а свойство пути вместе с принятым способом организации движения. Один и тот же перегон при непакетном графике пропускает одно число поездов, при пакетном — другое, и разница может быть весьма значительной.

Межпоездной интервал — минимальное время, которым разграничивают поезда при следовании по перегонам на железнодорожных участках, оборудованных автоматической блокировкой или автоматической локомотивной сигнализацией, применяемой как самостоятельное средство сигнализации и связи. При трёхзначной автоблокировке поезда разграничиваются тремя последовательно расположенными блок-участками, и межпоездной интервал определяется по формуле:

I = 0,06 · L_р / v_х = 0,06 · (l′_бл + l″_бл + l‴_бл + l_п) / v_х,

где l′_бл, l″_бл, l‴_бл — длины соответственно первого, второго и третьего блок-участков, м; l_п — длина поезда, м; v_х — средняя ходовая скорость на рассматриваемом фрагменте перегона, км/ч; 0,06 — коэффициент перевода скорости из километров в час в метры в минуту.

Станционные интервалы — минимальное время, которым разграничивают поезда при приёме, отправлении и проследовании их через раздельный пункт. Основные виды станционных интервалов:

• τ_нп — интервал неодновременного прибытия (прибытие двух поездов встречных направлений с одного и того же перегона);
• τ_скр (τ_с) — интервал скрещения поездов (одновременное отправление поезда на освободившийся перегон и приём встречного поезда);
• τ_пс — интервал попутного следования поездов (на линиях, не оборудованных автоблокировкой);
• τ_но — интервал неодновременного отправления поездов противоположных направлений;
• τ_вп — интервал неодновременного отправления и встречного прибытия поездов при враждебных маршрутах;
• τ_по — интервал неодновременного прибытия и попутного отправления поездов;
• τ_оп — интервал неодновременного отправления и попутного прибытия поездов;
• τ_бс — интервал безостановочного скрещения поездов на двухпутной вставке.

Величина станционного интервала складывается из времени на отдельные операции: контроль дежурным по станции прибытия поезда; переговоры между дежурными по станциям о движении поездов; приготовление маршрута для отправления или приёма поезда; открытие сигнала; проследование поездом расчётного расстояния. Расчётные расстояния определяются по формулам:

• расчётное расстояние прибытия: L_пр = 0,5·l_п + l_в + l_бл + l_вх + 0,5·l_пол;
• расчётное расстояние отправления: L_ос = 0,5·l_пол + l_но + 0,5·l_п;
• расчётное расстояние по выходному маршруту: L_вых = 0,5·l_пол + l_бл.1(2) + 0,5·l_п.о.1;
• расчётное расстояние при разграничении поездов в пакете: L_р.з = 0,5·l″_п + l_бл.I + l_бл.II + l_бл.III + 0,5·l′_п.

Здесь l_п — длина поезда, м; l_в — расстояние, проходимое поездом за время восприятия машинистом показания сигнала с момента его открытия; l_бл — длина блок-участка (принимается равной 1200 м); l_вх — расстояние от входного сигнала до предельного столбика, расположенного при входе на путь приёма (принимается равной 450 м); l_пол — полезная длина приёмо-отправочного пути, м; l_но — расстояние от предельного столбика до центра перевода.

В качестве ориентира: типовой расчёт интервала неодновременного прибытия включает проход первым поездом расчётного расстояния отправления 3 мин, контроль прибытия поезда дежурным по станции 0,2 мин, приготовление маршрута приёма 0,15 мин, открытие входного сигнала 0,05 мин и проследование вторым поездом расчётного расстояния прибытия 4 мин, то есть 3 + 0,2 + 0,15 + 0,05 + 4 = 7,4 мин. Для интервала неодновременного отправления и попутного прибытия аналогичный расчёт даёт около 6,4 мин.

Пропускная способность железнодорожной линии — наибольшее число поездов или пар поездов установленной массы, которое может быть пропущено в единицу времени (сутки, час) в зависимости от имеющихся постоянных технических средств, типа и мощности подвижного состава и принятых методов организации движения поездов (типа графика).

Различают три основные категории пропускной способности:

• наличная — максимальное число поездов (пар поездов), которое может быть пропущено по участку за единицу времени в зависимости от его технической оснащённости и принятого способа организации движения поездов;
• потребная — число поездов (пар поездов), которое необходимо пропустить по участку для освоения запланированных перевозок пассажиров, грузов и порожних вагонов с учётом внутригодовой (месячной) и внутримесячной неравномерности перевозок;
• проектная — пропускная способность, которая будет достигнута после осуществления намеченных мероприятий по усилению технического оснащения линии; она определяет выбор проектных решений при реконструкции.

Расчётный железнодорожный участок — часть железнодорожной линии или узла с одинаковым числом главных путей, средствами сигнализации и связи при движении поездов и родом тяги, ограниченная железнодорожными станциями соответствующего типа и характера работы. Станциями, ограничивающими расчётный участок, являются: узловые станции (имеющие более одного прилегающего перегона в чётном или нечётном направлении); станции формирования и назначения грузовых поездов, формирования и оборота пассажирских поездов в дальнем и пригородно-городском сообщении; станции смены поездных локомотивов и локомотивных бригад; станции перелома норм веса и длины грузовых поездов; стыковые и пограничные станции.

Ограничивающий перегон — перегон расчётного участка, для которого время занятия (период графика) наибольшее. Пропускная способность всего участка определяется именно по ограничивающему перегону, поэтому его правильное выявление — обязательный первый шаг любого расчёта. В общем виде:

N = 1440 · k / T,

где 1440 — число минут в сутках; T — период графика на ограничивающем перегоне, мин; k — число пар поездов или поездов данного направления, пропускаемых за один период графика.

С учётом того, что часть суточного бюджета времени отводится на содержание и ремонт инфраструктуры, а часть теряется из-за отказов технических средств, применяется уточнённая формула:

N = (1440 − t_тех) · α_н / T_пер — для однопутного участка при непакетном графике;

N = (1440 − t_тех) · α_н / I — для двухпутного участка,

где t_тех — бюджет времени на содержание и ремонт инфраструктуры (продолжительность технологического «окна»), мин; α_н — коэффициент надёжности работы инфраструктуры и подвижного состава, принимаемый равным 0,95; T_пер — период графика на ограничивающем перегоне, мин; I — расчётный межпоездной интервал, мин.

Пропускная способность определяется не только перегонами. Различают пропускную способность перегонов, станций, деповских устройств, экипировочных устройств и устройств электроснабжения. Результирующая (наличная) пропускная способность линии определяется по наиболее ограничивающему элементу: если, например, перегоны могут пропустить 120 пар поездов, а станция — только 90, то наличная пропускная способность линии составит 90 пар, и «узким местом» окажется станция.

Провозная способность — размеры грузовых перевозок (в миллионах тонн), которые могут быть выполнены на данной линии в течение года. Если известны число грузовых поездов, которое может быть пропущено в грузовом направлении за сутки, и средняя масса груза в поезде, провозная способность определяется как:

Г = 365 · N_гр · Q_н / 10⁶, млн т в год,

где N_гр — число грузовых поездов в сутки в грузовом направлении; Q_н — средняя масса груза (нетто) в поезде, т; 365 — число дней в году. Если считать по массе брутто, в формулу подставляют Q_бр — среднюю массу поезда брутто, включающую массу груза и массу тары вагонов.

Между пропускной и провозной способностью существует прямая связь: провозная способность растёт либо при увеличении пропускной способности (больше поездов), либо при увеличении массы поезда и статической нагрузки вагонов (больше груза в каждом поезде).

Скорости движения поездов. Различают четыре основные скорости:

• ходовая скорость v_х — средняя скорость движения поезда по перегону без учёта времени на разгон, замедление и стоянки, то есть по чистым временам хода;
• техническая скорость v_тех — средняя скорость движения поезда по участку с учётом времени на разгон и замедление, но без учёта времени на стоянки на промежуточных станциях;
• участковая скорость v_уч — средняя скорость движения поезда по участку с учётом времени на разгон, замедление и стоянки на промежуточных станциях;
• маршрутная скорость — средняя скорость движения поезда на всём маршруте следования с учётом всех стоянок, включая технические станции и станции смены локомотивов. Ходовую, техническую и участковую скорости выражают в километрах в час, а маршрутную на сети принято выражать ещё и в километрах в сутки, поэтому для сравнения её приводят к тем же единицам: v_мар (км/ч) = v_мар (км/сут) / 24.

Формулы для участка длиной L:

v_х = L / Σt_х; v_тех = L / (Σt_х + Σt_рз); v_уч = L / (Σt_х + Σt_рз + Σt_ст),

где Σt_х — сумма чистых времён хода по перегонам участка; Σt_рз — сумма добавочного времени на разгон и замедление; Σt_ст — суммарное время стоянок на промежуточных станциях.

Коэффициент участковой скорости β = v_уч / v_тех показывает, какая доля технической скорости сохраняется с учётом стоянок; он всегда меньше единицы. Чем больше остановок, тем ниже β.

Числовой пример. Участок длиной L = 140 км. Сумма чистых времён хода Σt_х = 130 мин; добавочное время на разгон и замедление Σt_рз = 12 мин; суммарные стоянки на промежуточных станциях Σt_ст = 28 мин.

v_х = 140 / (130/60) = 140 / 2,167 = 64,6 км/ч.

v_тех = 140 / ((130 + 12)/60) = 140 / 2,367 = 59,2 км/ч.

v_уч = 140 / ((130 + 12 + 28)/60) = 140 / 2,833 = 49,4 км/ч.

β = 49,4 / 59,2 = 0,83.

Вывод из примера. Стоянки «съедают» около 17 % технической скорости. Именно поэтому борьба за сокращение стоянок на промежуточных станциях (совершенствование технологии сборных поездов, механизация грузовых операций, сокращение числа остановок) прямо влияет на участковую скорость, а через неё — на оборот вагона и себестоимость перевозок.

Причины необходимости усиления пропускной способности: освоение возрастающих перевозок; ускорение движения поездов; снижение себестоимости перевозок; повышение безопасности движения; обеспечение задач обороны страны.

Эксплуатационные требования, предъявляемые к мероприятиям по увеличению пропускной способности: освоение заданных перевозок; обеспечение безопасности движения; комплексность работ и отсутствие диспропорции в развитии мощности отдельных элементов — станций, перегонов, депо, ремонтной базы, энергоснабжения; этапность работ, при которой в первую очередь увеличивается пропускная способность наиболее загруженных элементов.

Организационно-технические мероприятия (не требуют капитальных вложений в инфраструктуру):

• сокращение станционных и межпоездных интервалов;
• применение специальных типов графика (непарный, пакетный);
• повышение веса поезда;
• ускорение пропуска поездов по ограничивающему перегону;
• организация пропуска поездов повышенной массы и длины;
• использование сборных поездов с работой на опорных станциях;
• отправление поездов вслед.

Эффект от сокращения интервала в пакете на двухпутном участке весьма ощутим. При наличной пропускной способности 124 поезда и интервале 10 мин сокращение интервала до 8 мин (на 20 %) увеличивает пропускную способность до 152 поездов, то есть на 22 %; сокращение интервала до 6 мин (на 40 %) даёт 193 поезда, то есть прирост на 56 %. Применение частично-пакетного графика на однопутном участке даёт такие ориентиры: при коэффициенте пакетности 0,3 снижение участковой скорости составляет 3–7 %, а увеличение пропускной способности — 10–15 %; при коэффициенте 0,5 — соответственно 7–10 % и 15–20 %; при 0,7 — 12–18 % и 25–35 %; при 1,0 (полный пакетный график) — 20–25 % и 35–50 %. Обратите внимание на закономерность: выигрыш в пропускной способности всегда оплачивается снижением участковой скорости.

Отправление поездов вслед — приём, позволяющий увеличить пропускную способность на участках, не оборудованных автоблокировкой. Однако отправление поездов вслед запрещается: за пассажирскими людскими поездами и поездами с опасными грузами и за этими поездами всех других поездов; при остановке впереди идущего поезда на перегоне; при движении вагонами вперёд; во время неблагоприятных метеорологических условий; за поездами, не вмещающимися на одном пути; за поездами, отправляемыми по неправильному пути на двухпутных участках; на перегонах с неблагоприятным профилем, планом и плохой видимостью; на перегонах с пересечением путей в одном уровне; при перерыве всех видов связи.

Реконструктивные мероприятия (требуют капитальных вложений): совершенствование устройств сигнализации, централизации и блокировки; переустройство путевого развития станций; смягчение плана и профиля пути; реконструкция тяги и подвижного состава; электрификация железных дорог; введение более мощных локомотивов и большегрузных вагонов; оборудование линий автоблокировкой, электрической централизацией стрелок и сигналов и диспетчерской централизацией; постройка вторых путей или двухпутных вставок; усиление мощности верхнего строения пути; увеличение длины и числа станционных путей.

Дополнительно для роста провозной способности применяются инновационные технологические решения: внедрение информационных технологий, научная организация труда, применение подталкивания и кратной тяги, пропуск сдвоенных поездов, переход на более эффективные типы графика движения, а также телемеханические системы управления локомотивами тяжеловесных поездов.