- Основные элементы ГПТ и их системная связь
Состав основных элементов систем ГПТ определяется видом используемых в них транспортных средств — подвижного состава. В целом же системы ГПТ представляют собой сложные многоотраслевые хозяйства, основными элементами которых являются подвижной состав (ПС), путевые сооружения и устройства (ПУ), сооружения и устройства для хранения, технического обслуживания и ремонта подвижного состава (Д), сооружения и устройства энергоснабжения (обеспечения энергией) подвижного состава для выполнения транспортной работы (Э) и устройства организации движения подвижного состава на линии (ОД). Обобщенная структурная схема систем ГПТ показана на рис. 1.2, а.
Динамическую взаимосвязь элементов системы ГПТ можно условно изобразить с использованием элементарных понятий теории множеств схемой (рис. 1.2, б). Помимо элементов ПС, Д, ОД, ПУ, Э в ней выделяют двухэлементные системы Э-ПУ, ПС-Э, ПС-Д и др., трехэлементные системы ПС-Э-ОД, ПС-Д-ОД и др., четырехэлементные ПС-Д-ОД-Э. ПС-Д-ОД-ПУ и др. Система ГПТ является пятиэлементной системой ПС-ПУ-Э-Д-ОД.
Элементы ГПТ и их системные связи «работают» на перевозки пассажиров в условиях конкретного города и взаимосвязаны с его характеристиками. Основными из них являются функциональная, зонирования, взаиморазмещения центров массового тяготения населения, планировочная и территориальная.
Под функциональной характеристикой города понимают место в системе народного хозяйства страны и региона (агломерации), в котором он расположен, т. е. категорию города (административный, промышленный, курортный и т. д.) и характеристику его взаимосвязей с другими городами и поселениями в зоне, характеризующейся тесными народнохозяйственными связями (ее называют системой группового расселения, регионом или агломерацией).
Зонированием называют деление города на зоны специализированной застройки с учетом комплекса функциональных, санитарно-гигиенических, архитектурных и транспортных соображений (промышленные, жилые, административные и культурно-бытовые центры, зоны массового отдыха и др.).
Взаиморазмещение центров массового тяготения населения определяет количество транспортных корреспонденций и их длину, затраты времени населения в передвижениях, объем работы ГПТ.
Планировочной характеристикой называют принципы застройки различных зон города. Они определяют такие градостроительно-транспортные показатели, как относительное количество местных (внутрирайонных) и городских (межрайонных) передвижений и их коэффициенты непрямолинейности.
Структурная схема элементов ГПТ и их системных связей
В территориальной характеристике города различают административную, освоенную, селитебную и освоенную транспортом территории города, а также характеристики его населенности и формы, оцениваемой коэффициентом компактности. Административной называют площадь города, заключенную в его административных границах; освоенной — административную за вычетом неосвоенных территорий (пустырей, заповедников, озер и т. д.); селитебной — территорию, занятую жилой, административной и культурно-бытовой застройкой; освоенной транспортом — территорию, находящуюся в зоне пешеходной доступности линий ГПТ.
Населенность города характеризуют абсолютным количеством жителей, прописанных в административных границах города, и плотностью расселения в среднем по городу и по его отдельным зонам или районам. Форму города оценивают соотношением его диаметральных размеров по различным направлениям и коэффициентами формы, определяемыми отношением диаметральных размеров реального города или отношением их к соответствующим размерам города-эталона той же площади и заданной формы (обычно круговой).
Особенности города определяет характеристики требующейся для него транспортной системы ГПТ и оказывают влияние на выбор видов транспорта, транспортных сооружений и системы организации движения.
Основной элемент любых транспортных систем — подвижной состав. По виду подвижного состава различают рельсовый и безрельсовый ГПТ. Безрельсовым называют подвижной состав с колесной ходовой частью и пневматическими колесами, предназначенный для движения по обычным дорожным покрытиям без специальных путевых направляющих устройств (автобусы и легковые автомобили). Рельсовым называют подвижной состав, требующий для направления движения специальных путевых направляющих устройств, например двухрельсовую колею с расположением рельсов в горизонтальной плоскости — обычный железнодорожный или трамвайный путь, а также рельсовый путь метрополитенов. Используемый в этих случаях подвижной состав оборудуется ходовыми частями, основным элементом которых является колесная пара с жесткой стальной осью1 и стальными колесами2. Другим типом применяемых в настоящее время путевых направляющих устройств является путевая балка, используемая для направления подвижного состава монорельсового транспорта.
Для безрельсового подвижного состава с бесколесной ходовой частью на воздушной подушке или магнитной подвеске могут использоваться путевые устройства в виде лотка, монорельсовой балки, Т-образной балки и другие конструкции, проложенные на уровне земли, на эстакаде (в надземном уровне) или в тоннеле (в подземном уровне).
Системная связь подвижного состава и соответствующих ему путевых устройств во всех случаях определяется целым рядом технико-экономических характеристик: расчетными нагрузками, передаваемыми на путевые устройства, несущей способностью путевых устройств, их износостойкостью, капитальными затратами на сооружение, эксплуатационными расходами на содержание в технически исправном состоянии и др. Подвижной состав с колесной ходовой частью (рельсовый и безрельсовый) характеризуется, например, большими точечными нагрузками, передаваемыми на путевое устройство. Эти нагрузки, а также количество осей и частота движения подвижного состава определяют выбор запасов прочности, конструктивных характеристик и стоимость путевых устройств.
Сравнительные капитальные затраты на сооружение и эксплуатационные расходы на содержание путевых устройств и подвижного состава, отнесенные на 1 км длины транспортной линии, определяют экономически целесообразную частоту движения транспортных средств. Все эти системные связи реализуются в условиях конкретных пассажироперевозок и определяются характеристиками пассажиропотоков: мощностью, колебаниями во времени, средней длиной пассажиропоездки. Системные связи пассажиропотоков, подвижного состава и путевых устройств систем ГПТ оказываются весьма многообразными и сложными, трудно поддающимися математическому описанию и моделированию.
Для хранения, технического обслуживания и ремонта подвижного состава в эксплуатации создают специальные хозяйства: гаражи и станции технического обслуживания для автотранспорта, трамвайные и троллейбусные депо, депо подвижного состава метрополитенов, ремонтные мастерские и заводы. В гаражах и депо производят хранение, техническое обслуживание и небольшой по трудоемкости ремонт подвижного состава, на станциях техобслуживания — диагностику и техническое обслуживание, в ремонтных мастерских и на ремонтных заводах сосредоточивают крупные плановые и случайные ремонты. Мощность всех этих хозяйств определяется количеством используемого в транспортной системе подвижного состава, его пробегом и условиями эксплуатации. Затраты на техническое содержание и ремонт подвижного состава, связанные с поддержанием требующегося уровня его безотказности и работоспособности, являются важной статьей эксплуатационных расходов, определяющей себестоимость пассажироперевозок и, следовательно, рентабельность транспортной системы.
Для осуществления транспортной работы необходимо затрачивать энергию. Это определяет необходимость иметь в составе системы ГПТ ту или другую систему энергообеспечения подвижного состава. Современный автотранспорт имеет тяговые установки с карбюраторными или дизельными двигателями внутреннего сгорания и потребляет различные виды жидкого топлива: легковой автотранспорт — в основном бензин, грузовой и автобусы — бензин или дизельное топливо. Для обеспечения юродского автотранспорта топливом и смазкой на транспортной сеги создают сеть заправочных станций. Городской электрический транспорт (ГЭТ) приводится в движение тяговыми электрическими двигателями (ТЭД) и потребляет электрическую энергию. Современные виды ГЭТ — трамвай, троллейбус и метрополитены — имеют централизованную систему электроснабжения, при которой подвижной состав получает электрическую энергию от районных распределительных пунктов городской энергосистемы через тяговые подстанции и тяговую сеть.
Различные виды энергоснабжения системно связаны с подвижным составом ГПТ не только по мощности и режимам работы, но и по ряду других характеристик. С работой системы электроснабжения рельсового ГЭТ связаны, например, токи утечки в землю, разрушающие городское подземное хозяйство (трубопроводы водопровода и канализации, газопроводы, оболочки кабелей различных сетей и др.). Величина токов утечки при прочих равных условиях зависит от распределения подвижного состава по ТС. Использование установленной мощности тяговых преобразовательных подстанций ГЭТ определяется мощностью и схемами соединения ТЭД поездов, режимами их работы и частотой движения.
Организацией движения называют систему планирования движения и контроля за движением поездов на транспортной сети (соблюдением расписания), а также соответствием выпуска поездов на линию фактическому пассажиропотоку. В задачу организации движения входит устранение нарушений расписания движения (отклонений движения οт заданного графика) и в некоторых случаях приведение выпуска в соответствие с отклонениями фактических пассажиропотоков от плановых. Она определяет регулярность следования поездов, скорость сообщения подвижного состава на маршрутах, качество пассажироперевозок и все основные технико-экономические показатели ГПТ. Необходимый состав технических средств организации движения и соответственно вкладываемые в них затраты определяются в конечном счете мощностью осваиваемых пассажиропотоков. В городах с большим объемом пассажироперевозок и разветвленной маршрутной сетью в настоящее время создают автоматизированные и автоматические системы организации движения.
Основным показателем, определяющим системную связь устройств ГПТ, является пассажиропоток (объем осваиваемых пассажироперевозок). Величина пассажиропотоков, их распределение но направлениям, колебания во времени и другие характеристики определяют основные характеристики маршрутной сети, выбор вместимости подвижного состава, частоту движения, мощность системы энергоснабжения и систему организации движения. Важное технико-экономическое значение имеет соотношение капитальных затрат в элементы систем ГПТ — подвижной состав, путевые устройства, системы энергоснабжения, устройства организации движения. Системы ГПТ, отличающиеся большой долей затрат на путевые сооружения и связанные с ними устройства, характеризуются низкой маневренностью, поэтому их рассчитывают на весьма длительный срок эксплуатации. Проектирование их требует особенно точного и надежного прог позирования. Примером таких городских транспортных систем является метрополитен. Системы ГПТ, у которых основные капиталовложения приходятся на подвижной состав, отличаются высокой маневренностью и легкой приспосабливаемостью к изменениям пассажиропотоков. Примером таких транспортных систем является автобус и в несколько меньшей степени троллейбус, которые используют, в частности, для транспортного обслуживания районов новостроек, так как они не требуют длительною освоения.