9.2. Оптимальное путевое развитие подсистемы «Сортировочная горка — парк формирования — вытяжки формирования»
Подсистема «Г—ПФ—ВФ» обслуживает поступающие в нее вагоны по последовательно соединенным технологическим каналам: путям роспуска сортировочной горки, маршрутам подгорочного парка, путям сортировочного парка, вытяжкам формирования. Резервирование элементов технологических каналов обеспечивает надежную работу подсистемы по формированию составов. Входной поток в подсистему поступает по одному каналу, если сортировочная горка однопутная, или по двум, если на горке два и более пути и возможно осуществление параллельного роспуска составов.
Отказ одного из каналов может привести к снижению скорости роспуска, необходимости изменения специализации путей в СП, повторной сортировке при ограниченном путевом развитии, прекращению параллельного роспуска составов на горке. При выходе из строя отдельных элементов может произойти отказ всей подсистемы.
Пути сортировочного парка, на которых заканчивается процесс расформирования составов, — многоэлементное обслуживающее устройство, обеспечивающее готовность парка к накоплению составов в зависимости от входящего в технологический канал потока. Поскольку замыкающие группы вагонов на каждый технологический канал поступают неравномерно, возможно увеличение времени накопления на путях назначения. Однако даже значительное увеличение этого времени не приводит к возникновению технологического отказа при надежной работе вытяжек формирования. Только технический отказ устройств может вызвать отказ пути как технологического элемента канала (в этом случае невозможно распускать вагоны на этот путь или формировать накопленный на этом пути состав).
Ограничивающий интервал подсистемы «Г—СП—ВФ»— интервал выставки. Величину его определяет процесс окончания формирования поездов на вытяжных путях, которые также являются многоэлементным технологическим каналом. Число вытяжек и неравномерность входящего потока оказывают существенное влияние на простои составов в ожидании окончания формирования. Как технический, так и технологический отказ даже одного вытяжного пути (при длительном процессе восстановления) может привести к полному отказу подсистемы «Г—СП—ВФ».
Технологический интервал IВ перестановки составов из подсистемы «Г—ПФ—ВФ» определяют делением продолжительности цикла работы маневрового локомотива при перестановке одного состава на число маневровых локомотивов, работающих на вытяжках формирования.
В процессе расформирования-формирования поездов в подсистеме оператор ЦТК ведет пономерной учет накопления вагонов на сортировочных путях. Технологический отказ в его работе, связанный с ошибками, приводит к простоям составов в ожидании окончания формирования. При автоматизации учета накопления с помощью ЭВМ возможны технологические отказы из-за несвоевременности расчетов (недостаточной пропускной способности каналов в часы пик) и технические отказы вычислительного комплекса.
Отказы технических устройств снижают темп или прекращают роспуск поездов с горки. Это уменьшает выходной поток подсистемы «ВыхУ—ПП—Г». Уменьшение темпов роспуска приводит к простою поездов в парке прибытия в ожидании расформирования, заполнению парка и образованию очереди поездов на подходе. При этом влияние отказа на снижение темпов роспуска будет зависеть от длительности отказа и, кроме того, от места расположения отказавшего элемента. Так, отказ элемента, находящегося перед первой тормозной позицией, вызывает задержку роспуска всех вагонов, в то время как отказ перед третьей тормозной позицией будет задерживать продвижение вагонов только на один подгорочный путь.
Ненадежная работа технических средств снижает производительность вытяжек формирования. Так, отказ светофора или рельсовой цепи вызывает задержку операций по окончании формирования, а отказ стрелки или локомотива — прекращение работы канала формирования. При большой длительности отказа технических средств или совпадении отказа и сгущенного накопления составов происходит полное заполнение путей. Это приводит к прекращению роспуска составов с горки, наступает отказ всей подсистемы, снижается перерабатывающая способность подсистемы «ВхУ—ПП—Г».
Различают два вида отказов каналов окончания формирования: технологический и отказ по техническим причинам (отказ технических средств). Приводя к одинаковым последствиям для состояния подсистемы, они отличаются по причинам, их вызывающим. Технологический отказ наступает, когда темп накопления составов на сортировочных путях больше темпа окончания формирования и вывода их в парк отправления. При этом производительность каналов по окончании формирования не уменьшается, но пути заполняются и увеличивается простой составов в ожидании окончания формирования. Отказ по техническим причинам снижает производительность каналов ОФ, на путях накапливаются необработанные составы.
Для оценки влияния надежности технических средств на эксплуатационную надежность вытяжек представляет интерес анализ важнейших ситуаций [21]:
- Окончанием формирования заняты все вытяжки. Очевидно, что отказ технических средств любой из вытяжек вызовет задержку или остановку на ней процесса. Следовательно, вероятность беспрепятственного окончания формирования и вывода составов в парк отправления определяет произведение надежностей функционирования технических средств каждой вытяжки. Для трех вытяжных путей имеем
- Окончанием формирования заняты две вытяжки, а одна свободна и может быть использована как резервная для замены отказавшей вытяжки. При этом возможны три варианта ситуации, каждый из которых равновероятен, если иметь в виду наличие взаимозаменяемой специализации сортировочных путей и за счет этого равномерную их загрузку вагонопотоками (пути, используемые для накопления местных вагонов и вагонов с браком, из схемы исключаются).
2а. Заняты первая и вторая вытяжки, третья свободна и может быть резервом для второй вытяжки. Первая вытяжка резервироваться третьей не может, так как этого не позволяет путевое развитие. Надежность вытяжек
- Вытяжные пути не заняты окончанием формирования, так как на сортировочных путях нет накопленных составов. Поскольку нет потребности в окончании формирования и перестановке составов в парк отправления, то не будет и сбоя в выполнении этих операций.
Надежность вытяжек можно условно принять равной единице: р=1.
- На сортировочных путях закончено накопление четырех или большего числа составов. На вытяжках можно обрабатывать только три состава, остальные будут простаивать в ожидании начала обработки. Это состояние соответствует технологическому отказу вытяжек формирования. Вероятность беспрепятственного окончания формирования равна нулю, так как налицо отказ. В то же время процесс окончания формирования на вытяжках продолжается безостановочно, если, конечно, нет отказов технических средств, общая надежность которых, как и в первом случае,
(9.35)
Таким образом, надежность вытяжек по обеспечению беспрепятственного выполнения операций по окончанию формирования и перестановке составов в парк отправления в значительной мере зависит от обстановки, складывающейся на вытяжках: чем большее число вытяжек занято окончанием формирования, тем меньше их общая надежность. Для оценки полной надежности вытяжек необходимо рассмотреть предпосылки закономерности возникновения той или иной ситуации. Очевидно, что число вытяжек, необходимое для выполнения операций, в каждом случае равно числу составов, накопленных на сортировочных путях за период окончания формирования одного состава, его перестановки и возвращения локомотива. Поток накапливающихся составов — простейший, и вероятность окончания накопления какого-либо числа составов за определенный период времени описывают пуассоновским распределением:
(9.36)
где r — средняя интенсивность потока накапливающихся составов на сортировочных путях; — число накопившихся поездов, вероятность появления которого определяется за время t.
Если, например, rп = 3 поезда/ч, Тоф = 0,5 ч, то вероятность того, что за время Toф на сортировочных путях не будет накоплен ни один состав, т. е. вытяжки формирования будут свободны, р(0) = 0,223, вероятность появления одного состава р(1) = 0,336, вероятность занятия двух вытяжек р(2) = 0,250 и т. д.
Для каждого случая, когда заняты две или одна вытяжка, можно рассмотреть три варианта в зависимости от того, по какой стрелочной улице выходной горловины необходимо вести окончание формирования (на какой группе путей окончено накопление состава). Каждый из этих вариантов равновероятен:
Другая причина, вызывающая технологический отказ, — окончание накопления на одной группе путей за время Тоф более одного состава. Так как каждая группа путей имеет выход на вытяжку через одну вершину (стрелку), то одновременно заканчивать формирование более одного состава невозможно. Появление на одной группе путей более одного состава возможно в первой, второй и пятой ситуациях. Зная вероятности возникновения ситуаций и накопления более одного состава на одной из групп путей, по формуле полной вероятности можно вычислить вероятность технологического отказа. При этом пятую ситуацию можно не рассматривать, так как в ней технологический отказ будет в любом случае.
Очевидно, что вероятности накопления на одной группе путей более одного состава внутри каждой ситуации составят:
для первой ситуации
а общая вероятность бесперебойного процесса окончания формирования
Для уменьшения вероятности технологического отказа устроим с каждой группы путей дополнительный выход на соседние вытяжки. Теперь число выходов с каждой группы путей на вытяжки удвоилось (b=2), соответственно увеличилось число групп путей (br) и уменьшилось число путей в каждой группе
Вероятность накопления на любой из групп путей более одного состава:
в первой ситуации
Таким образом, вероятность отказа уменьшается в число раз, близкое к b.
Следовательно, увеличение числа выходов с каждой группы путей на соседние вытяжки пропорционально уменьшает вероятность технологического отказа в окончании формирования. Однако при этом увеличивается число элементов технических средств (стрелок), что ведет к повышению вероятности отказа по техническим причинам, т. е. существует оптимальный вариант с учетом вероятности общего отказа и потерь от него.
Анализ эксплуатационной надежности вариантов путевого развития горловины сортировочного парка, вытяжек и оценка возможных потерь от отказов позволяют выбрать оптимальную схему района сортировочной системы.
Для подсистемы «Г—ПФ—ВФ» коэффициент технической готовности определяют для пути, устройств сигнализации и связи, контактной сети, информационно-технических средств по рассмотренной выше методике. В целом для подсистемы коэффициент готовности (с учетом независимости отказов технических средств)
где Iв — интервал вывода составов из подсистемы; Пн — число назначений плана формирования с учетом назначений порожних и угловых вагонов.
С учетом путей для местных вагонов ПМ и специальных Пспец получаем:
Таким образом, всего в парке формирования при принятых исходных данных необходимо предусмотреть не менее 33 путей, из них 27 будут использованы для накопления и окончания формирования составов. На одно назначение плана формирования будет 27 : 22 = 1,23 пути.
Результаты расчетов путевого развития подсистемы без учета величины Σκ приведены в табл. 9.2. Для определения числа путей необходимо к данным таблицы прибавить значения Σκ = Пк + Пм + Пспец. Элементы этой суммы определены заданием на проектирование и, следовательно, известны. Расчеты проведены при условии, что обеспечивается эксплуатационная надежность работы подсистемы «Г—ПФ—ВФ» на уровне 100 %.
Таблица 9.2
Расчет числа путей в подсистеме «Г—ПФ—ВФ»
Окончание табл. 9.2
На практике часто возникают технологические отказы, связанные с несовпадением темпов поездообразования, окончания формирования и обработки составов. Возникающие в результате таких технологических отказов дополнительные простои требуют для обеспечения полной эксплуатационной надежности увеличения числа сортировочных путей. Дополнительные простои возникают в подсистеме из-за отказа технических средств, надежность которых хотя и достаточно велика (0,94—0,99), но требует резервирования путей.
С учетом коэффициентов готовности технологических каналов и технических устройств подсистемы «Г—ПФ—ВФ» формула расчета путевого развитая будет иметь вид
Таким образом, на число сортировочных путей влияет ограничивающий параметр — интервал выставки готовых составов в парк отправления (с его увеличением уменьшается коэффициент готовности вытяжек формирования).