§ 3.2. Скорость движения подвижного состава маршрутного ГПТ и коэффициент использования максимальной разрешенной скорости
По принципу организации движения все виды ГПТ разделяют на две основные группы: маршрутные и немаршрутные (сетевые).
Маршрутными называют виды ГПТ, движение подвижного состава которых организуют по заранее установленным направлениям — маршрутам, специально оборудованным для освоения пассажироперевозок и обеспеченным для этого прикрепленным подвижным составом. Организационной единицей маршрутного ГПТ является маршрут — участок городской транспортной сети, специально оборудованный для беспересадочной перевозки пассажиров прикрепленными поездами.
Схема обычного, так называемого маятникового, маршрута условно показана на рис. 3.4, а. Прямое и обратное направления движения поездов у маршрутов этого типа совмещают на одном и том же транспортном проезде: они показаны стрелками 1 и 2. Перевод поездов с одного направления на другое осуществляется в конечных точках маршрута — на оборотных кольцах ОК. Для посадки и высадки пассажиров на маршруте размещают остановочные пункты О, которые делят его на перегоны П. По маршрутному принципу работают все обычные виды ГМПТ — автобус, троллейбус, трамвай и метрополитен, а также маршрутные такси.
Немаршрутными называют виды ГПТ, движение подвижного состава которых организуют по потребности в пределах той или другой транспортной сети с произвольным выбором направлений движения в пределах ограничений, налагаемых дорожной разметкой и дорожными знаками. По немаршрутному принципу работает весь легковой автотранспорт.
Каждому из принципов организации движения ГПТ — маршрутному и немаршрутному — присущи свои достоинства и недостатки. Сравнительная оценка их будет дана позднее (см. § 15.1). В этом параграфе рассмотрим понятия скоростей движения подвижного состав маршрутного ГПТ.
Трасса маршрутов характеризуется обычно различными дорожными условиями, меняющимися по длине маршрута. Их определяет видимость пути в плане и профиле впереди и по сторонам движущегося поезда, затяжные спуски, кривые малых радиусов и опасные участки с гололедом, листопадом, изношенными путевыми устройствами, интенсивным посторонним дорожным движением, участки скопления пешеходов и др. В соответствии с меняющимися дорожными условиями на всех участках маршрутов Правила дорожного движения (ПДД) и Правила технической эксплуатации (ПТЭ) отдельных видов ГПТ устанавливают различные ограничения максимальной скорости движения подвижного состава во всех направлениях движения.
На рис. 3.4, б показано пять участков ограничения максимальной скорости движения с разрешенными скоростями vр1—vр5 соответственно. Средняя разрешенная максимальная скорость движения в пределах маршрута
(3.14)
где lрi — длина участков ограничения скорости; т — количество участков в пределах маршрута.
Рис. 3.4
Кривые движения поездов на маршруте
Суммирование ведется в пределах длины маршрута
Величины средней разрешенной скорости движения vp.cp характеризуют правильность выбора трассы маршрута и возможные показатели его эксплуатационной работы. Чем выше средняя разрешенная максимальная скорость vp.cp, тем правильнее выбрана трасса и выше ожидаемые эксплуатационные показатели работы маршрута. Поэтому при проектировании транспортной сети и маршрутной системы учитывают не только ожидаемые пассажиропотоки в различных районах города, но и их дорожные условия.
Режим движения поездов при маршрутном принципе работы подвижного состава представляет собой чередование периодов пуска, движения под током по автоматической характеристике тяговых двигателей (при электротяге), выбега, торможения и стоянки на остановочных пунктах для осуществления пассажирообмена. На рис. 3.4, б в пределах ограничения скоростей vр по участкам
вписаны по перегонам кривые движения v(J) по направлению движения 1, а на рис. 3.4, в показана кривая движения v(f) для одного из перегонов.
Движение поездов на перегоне определяют и характеризуют: длина перегона lп, время движения по перегону от момента трогания на одном остановочном пункте до момента остановки на другом (ходовое время) tx, наибольшая скорость, достигаемая поездом на перегоне vмакс и коэффициент выбега
(3.15)
где tв — время выбега.
Наибольшая скорость νмакс, достигаемая поездом на перегоне, имеет два ограничения: она не должна превышать νр — разрешаемой максимальной скорости по дорожным условиям и конструктивной скорости νх — максимальной допустимой скорости движения по условиям прочности конструкций подвижного состава или безопасности движения, определяемой конструктивными характеристиками подвижного состава и путевых устройств. Ходовое время при ограничении наибольшей скорости vмакс разрешенной максимальной vр и конструктивной νκ скоростями определяется динамическими характеристиками пускового режима (пусковым ускорением и жесткостью электромеханической характеристики ТЭД), тормозным замедлением в период торможения и временем выбега tв. Среднее пусковое ускорение до выхода на автоматическую характеристику ТЭД изображается на кривой движения ν(t) тангенсом угла а прямой Оа, проведенной из начала координат в точку а выхода на автоматическую характеристику (с учетом масштабов ν и t), а тормозное замедление — тангенсом угла β наклона прямой гв, проведенной из точки в начала торможения в точку г момента остановки поезда.
Выбег предусматривают в кривой движения для возможности нагона поездом опозданий, поэтому выбор величины коэффициента выбега имеет первостепенное значение для обеспечения регулярности движения и существенно влияет на эксплуатационные показатели работы маршрута. Движение поезда без выбега при отсутствии ограничений по максимальной разрешенной скорости, т. е. при условии
обеспечивает возможность уменьшения ходового времени до величины (рис. 3.4, в). В координатах v, t площадь ограниченная кривой движения v(t), изображает (с учетом масштабов) длину перегона 1. Для выполнения условия постоянства длины перегона 1=const, которая измениться не может, построение кривой движения без выбега выполняют так, чтобы площади участков А и В, ограниченных кривой движения, были равны.
Очевидно, что выбег оказывает двойственное влияние на работу маршрута. С одной стороны, он нужен для обеспечения регулярности движения (возможности нагона опозданий), причем чем больше выбег, тем менее напряжена работа поездов на маршруте и больше возможности регулирования движения. С другой стороны, чем больше выбег, тем больше ходовое время и, следовательно, меньше скорость движения на маршруте. Кроме того, от величины коэффициента выбега при электрической тяге зависит расход электрической энергии на движение. Поэтому выбор оптимальной величины коэффициента выбега представляет собой важную и весьма сложную задачу транспортного расчета. Трудности ее решения усугубляются тем, что по ряду причин основные характеристики движения поездов на маршрутах имеют стохастический (случайный) характер и подчиняются, строго говоря, только законам больших чисел.
Средняя скорость движения поезда по перегону (ходовая скорость)
где ίοπ— продолжительность стоянки поезда на остановочном пункте для пассажирообмена, определяемая затратами времени на посадку или высадку одного пассажира tпасс, суммарным количеством входящих и выходящих пассажиров
, количеством дверей в поезде для входа и выхода пассажиров п и неравномерностью входа и выхода пассажиров через разные двери, учитываемой коэффициентом kн.д:
Практически затраты времени tпасс на посадку или высадку одного пассажира определяют в результате натурных обследований процесса пассажирообмена. Они зависят от конструктивных особенностей подвижного состава и условий посадки-высадки пассажиров: планировочных характеристик пассажирского салона кузова, высоты уровня пола пассажирского салона над уровнем посадочной площадки остановочного пункта, степени наполнения подвижного состава пассажирами, удобства расположения поручней, ширины дверей и др. Для всех видов наземного ГПТ (трамвай, троллейбус, автобус) при осуществлении посадки-высадки с уровня дорожного покрытия обычно принимают tпасс≈1,0 с; для метрополитена при посадке с платформ, находящихся на уровне пола пассажирского салона, tпасс≈0,5 с.
На метрополитене и железнодорожном транспорте скорость сообщения называют коммерческой или участковой скоростью.
На конечных станциях маршрутов (оборотных кольцах) предусматривают обычно более длительную стоянку поездов, чтобы дать водителю непродолжительный отдых и время для отметки моментов прибытия в путевом листе. По своему назначению конечные станции делят на распорядительные (PQ и технические (ТС). На PC находится начальник маршрута и маршрутный диспетчер, управляющий движением на маршруте. На ТС могут быть установлены только штамп-часы для отметки прибытия поездов. Время простоя поездов на PC и ТС в зависимости от длины маршрута и напряженности движения принимают 2—5 мин, причем время простоя tрс на PC и tтс на ТС обычно различно.
Среднюю скорость движения поездов на маршрутах с учетом стоянок на конечных станциях (от момента какого-либо отправления с конечной станции до момента следующего за ним отправления с той же станции) называют эксплуатационной скоростью на маршруте
Эксплуатационная скорость υ3 — одна из важнейших характеристик при расчетах планирования движения поездов на маршрутах. Величина ее определяет (при прочих равных условиях) необходимый выпуск подвижного состава на линию и себестоимость пассажироперевозок. Чем выше тем предпочтительнее и обеспечивающая ее система организации движения. Повышение υ3 является важнейшей задачей транспортных предприятий ГПТ, которая решается целым комплексом различных организационных и технических мероприятий. Основное влияние на скорость сообщения υс оказывает выбор длины перегонов lп и время стоянки поездов tо.п на остановочных пунктах для пассажирообмена (чем больше lп и меньше tо.п, тем больше υс), меньшее влияние оказывают удельный вес выбега в кривой движения (коэффициент выбега) и динамические показатели подвижного состава: среднее пусковое ускорение, тормозное замедление и крутизна (жесткость) скоростной характеристики ТЭД. Эти же факторы, плюс время tрс и tтс стоянки поездов на конечных станциях маршрутов определяют и эксплуатационную скорость υэ.
На метрополитене рейсовое время tp называют временем оборота.
Между υс.м и υэ существует соотношение, которое может быть легко получено из (3.23) и (3.24):
Обычно величина νэ меньше vc.м на 4—7%.
Как уже отмечено, важное значение в организации движения имеет максимальное использование разрешенной скорости движения на перегонах. Для сравнения различных систем организации движения по степени использования разрешенной скорости движения на маршрутах можно ввести коэффициент использования максимальной разрешенной скорости
где суммирование произведений
производится на длине маршрута в обоих направлениях движения.
Можно также ввести понятие экономической скорости υс.э — наиболее желательной скорости сообщения по экономическим соображениям. Повышение скорости сообщения снижает трудность транспортных передвижений, уменьшает потребное количество подвижного состава для освоения заданных пассажироперевозок, улучшает транспортную обслуженность города. Но наряду с этим повышение скорости сообщения приводит к снижению регулярности движения, повышению расходов на топливо и затраты электрической энергии на движение, росту затрат на техническое обслуживание и ремонт подвижного состава, росту количества ДТП. Поэтому зависимость vc (С), где С — затраты, зависящие от изменений скорости сообщения vc, имеет точку минимума суммарных затрат С, которой соответствует скорость сообщения υс.э. Расчет экономической скорости υсэ является важнейшей, но непростой задачей теории городских пассажирских перевозок.