УДК 629.463.3

Исследование рисков при роспуске цистерн для перевозки опасных грузов с сортировочной горки

Назаренко Артем Петрович - ассистент кафедры «Нетяговый подвижной состав» Российского университета транспорта МИИТ.

Аннотация. В статье проведено исследование возможности роспуска с сортировочных горок цистерн для перевозки опасных грузов. Методы исследования: анализ. синтез, моделирование, прогнозирование, обобщение. Результаты: обозначены риски, которые присущи работе с опасными грузами на сортировочной станции.

Ключевые слова: сортировочная станция, опасный груз, цистерна.

Практически каждый день грузовые поезда с опасными грузами отправляются из пункта отправления в пункт назначения. Это требует, чтобы составы были безопасно собраны и эксплуатировались в соответствии со строгими правилами. Поэтому содержимое и местонахождение любого вагона с опасными грузами должны быть известны в любой момент перевозки. Эта информация доступна, когда поезда отслеживают в рамках центральной автоматизированной системы той или иной железной дороги [1]. Однако обозначенные данные достоверно не известны до момента отправления состава с сортировочной станции, когда он сошел с сортировочной горки. В этот период отсутствует и зачастую неверна информация о местонахождении вагонов, их содержимом и расположении по отношению к другим. Очевидно, что такая ситуация не позволяет гарантировать безопасность для всех участников перевозочного процесса.

Цель функционирования сортировочных горок заключается в том, чтобы сортировать вагоны из прибывающих поездов по отдельным группам и формировать исходящие составы путем надлежащей систематизации определенных классов вагонов. С этим физическим перемещением вагонов связана система инвентаризации для контроля местонахождения каждого вагона, а также контроль маршрутов и скоростей движения поездов [2].

В настоящее время в России значительное количество горочного оборудования на сортировочных станциях имеет предельные к допустимым нормам показатели износа, большинство систем эксплуатируется более 30 лет и требует значительных средств для проведения ремонта. Причин износа горочного оборудования очень много – это как физический износ более 70%, так и моральный [3]. Второй фактор не менее важен, так как не позволяет в полной мере раскрыть потенциал сортировочного процесса.

Особую значимость данная проблематика приобретает, когда перевозятся опасные грузы. Условия перевозки опасных грузов, особенности их классификации и группировки на сортировочных станциях должны обеспечивать безопасность и сохранность грузов, а также предупреждать поражение обслуживающего персонала и загрязнение окружающей среды. Однако окончательного эффективного решения обозначенных вопросов на сегодняшний день так и не найдено. Поэтому разработка новых подходов и научно обоснованных рекомендаций по выбору оптимальной технологии роспуска поездов на сортировочной горке для перевозки опасных грузов составляет в настоящее время важную научно-практическую задачу, необходимость решения которой и предопределяет выбор темы данной статьи.

В современной литературе делается акцент на необходимости более глубокого изучения и оснащения сортировочных станций, особенно в части отслеживания вагонов с опасными грузами на участке нецентрализованного управления движением. Традиционно в этой зоне на путях не установлены датчики обнаружения поездов, а в силу их отсутствия передача информации осуществляется вручную, что приводит к (возможным) ошибкам.

Для каждой цистерны с опасным грузом, поступающей на сортировочную станцию, необходимо учитывать специфические меры по упаковке (таре), особенностям перевозки грузов, совместной упаковке в одном транспортном средстве, подготовке вагонов, а также другие факторы определяющие конкретные особенности перевозимых веществ. Для этого в сопровождающих груз документах должны быть обозначены определенные условия перевозки: вид отправки, род вагона, способ перевозки. [4].

Для того, чтобы четко идентифицировать возможности роспуска с сортировочных горок цистерн c опасными грузами необходимо понимать какие риски эти операции могут повлечь за собой. В настоящее время было проведено много исследований по перевозке опасных грузов и связанных с этим рисков, однако лишь небольшая их часть была посвящена сортировочным станциям. Это объясняется тем, что на сортировочных станциях происходит мало аварий, однако это создает ошибочное впечатление, что они безопасны.

Итак, рассмотрим наиболее релевантные риски для роспуска с сортировочных горок цистерн для перевозки опасных грузов и с учетом их содержания выделим возможные меры преодоления.

Динамические риски – это риски, которые могут возникнуть во время маневрирования, например, в результате аварии. Во время маневровой работы может произойти разное, например, схождение цистерны с рельсов или ее столкновение с другим вагоном. Поэтому задачей обеспечения надежного, безаварийного роспуска опасных грузов с сортировочных горок является минимизация вероятности схода цистерн с рельсов.

Это может быть сделано путем размещения цистерн вдоль маршрута, менее склонного к подобным аварийным ситуациям. Стратегия «первый пришел - первый вышел» не учитывает потенциальный эффект от расположения цистерн с опасными грузами, поэтому в данном случае она не используется. Вместо этого можно применять двухэтапную стратегию. Во-первых, необходимо определить наилучшую комбинацию цистерн в пределах каждого блока. Во-вторых, следует установить порядок следования блоков в составе.

Статические риски. Эксперты предложили оптимизационную модель размещения цистерн с опасными грузами на сортировочной горке. Для этого выделены переменные детерминанты для размещения цистерн, которые можно оптимизировать. Первой детерминантой является хранение различных типов опасных грузов в разных местах. Если некоторые опасные грузы могут храниться в нескольких местах для выбора, необходимо рассчитать, станут ли они более или менее опасными, если будут находиться вместе Вторая детерминанта — это количество перемещений цистерны. Если цистерна перемещается слишком часто, это может привести к большему внутреннему повреждению и другим проблемам. Поэтому данное условие необходимо минимизировать. Эта проблема решается с помощью многокритериальной оптимизации по Парето [5].

Учитывая выделенные риски, с целью усовершенствования механизма принятия оперативных управленческих решений в процессе обработки сортировочной станицей цистерн с опасными грузами и, в частности, роспуска составов, которые содержат такие грузы, целесообразно разработать и внедрить систему поддержки принятия решений, основанную на технологии риск-менеджмента. Эта технология предусматривает уменьшение вероятности возникновения транспортного происшествия с цистернами, загруженными опасными грузами, а также позволяет разграничить их в пространстве и времени.

В свою очередь, ее внедрение требует формализации работы сортировочной станции в виде оптимизационной модели с таким критерием.

e8d1e6045b8c8f96

где x – переменный вектор, содержащий информацию о последовательности выполнения операций оперативного плана;

Т – временной горизонт планирования;

W – мощность множества вагонов, рассматриваемых в течение планового периода;

А – мощность множества поездов, прибывающих на станцию в течение планового периода;

D – мощность множества поездов, отправляемых со станции в течение планового периода;

– функция, приобретающая значение 1, если i-й вагон прибыл на станцию в составе j-го поезда, или значение 0 в противном случае;

– функция, приобретающая значение 1, если i-й вагон отправился со станции в составе k-го поезда, или значение 0 в противном случае;

t – текущее значение времени в минутах;

– время принятия на станцию j-го поезда;

– время отправления со станции k-го поезда;

– текущее значение функции вероятности возникновения аварии с i-м вагоном, которое может быть получено с помощью модели на основе Баесовой сети;

– текущее значение величины последствий возникновения аварии с i-м вагоном;

γ – коэффициент нормализации вероятностей;

H – функция Гевисайда, которая определяется по следующей формуле:

В рамках разработанной оптимизационной модели представляется целесообразным формализовать процесс направления на сортировочный путь отцепа с вагонами, которые запрещено спускать с горки без локомотива, что позволит повысить качество имитационного моделирования роспуска составов с цистернами, которые перевозят опасные грузы.

Для этого на первом этапе рассмотрим базовую имитационную модель процесса расформирования составов на сортировочной горке, которая включает в себя:

  1. Модель горки, содержащую данные о плане, продольном профиле, разделительных стрелках, замедлителях и сортировочных путях, что дает возможность моделировать движение скатывающегося состава и отцепов, используя многочисленные методы решения дифференциальных уравнений [6].

  2. Модель состава, представляющая собой нерастяжимый, гибкий стержень с равномерно распределенной по длине массой и включающая такие параметры как: масса, длина, количество отцепов, удельное основное сопротивление движению.

  3. Модель параметров потока отцепов на основе заданных статистических характеристик. Основное удельное сопротивление движению вагона моделируется как случайная величина, имеющая гамма-распределение с параметрами a и b, зависящие от весовой категории вагона [7]:

где Ri – случайные числа, равномерно распределенные в интервале [0; 1].

  1. Модель отцепа, построенная на основе осевой модели и представляющая собой совокупность данных, необходимых для имитации регулируемого скатывания.

  2. Модель заполнения сортировочных путей перед роспуском/

  3. Модель процесса роспуска состава, которая представляется последовательностью элементарных шагов Δt, на каждом из которых одновременно рассматривается движение надвигающегося состава и всех скатывающихся отцепов. Для синхронизации параллельных процессов в модели используется системное время Тсист, увеличивающееся на Δt в начале каждого шага. Для имитации перемещения состава и отцепов на каждом шаге Δt используются дифференциальные уравнения движения.

  4. Модель торможения отцепов на тормозных позициях. Таким образом, фактическая скорость выхода i-го отцепа определяется как:

где, – необходимая скорость выхода i-го отцепа из тормозной позиции при условии разграничения отцепов на разделительных элементах спускной части горки или столкновения отцепов на сортировочных путях с допустимой скоростью;

– случайное значение погрешности расчета и реализации скорости .

На втором этапе базовую модель дополним блоком имитации работы с цистернами, которые запрещено спускать с горки без локомотива. В процессе моделирования выполняются следующие операции:

  1. Определение составов с цистернами, которые запрещено спускать с горки без локомотива, как случайного происшествия с заданной вероятностью :

s =1(есть такие цистерны), если ,

s = 0 (отсутствуют такие цистерны), если .

Вероятность можно получить в результате анализа сортировочных ведомостей.

  1. Определение цистерн, которые запрещено спускать с горки без локомотива (признак γ =1), как случайного события с заданной вероятностью :

иначе (цистерну разрешено спускать с горки).

Вероятность можно получить в результате анализа сортировочных ведомостей.

В отличие от базовой модели данные о вагонах отцепа Ωk дополнено параметром , что представлено следующей структурой:

где – вес вагона; – тип вагона; – количество осей; – нагрузка на ось; – тип подшипников; n – количество вагонов в отцепе.

  1. Определение продолжительности выполнения операций по направлению вагонов на соответствующий путь.

Количество вагонов прикрытия, находящихся в главном отцепе, определяется по выражению:

где – количество вагонов в главном отцепе;

– самый большой порядковый номер вагона в главном отцепе, для которого выполняется условие .

Продолжительность отдельного полурейса (сек.), выполненного при переставлении вагонов и составов, определяется по формуле:

где – коэффициент, учитывающий время, необходимое для изменения скорости движения локомотива на 1 км/ч во время разгона, и время, необходимое для изменения скорости движения локомотива на 1 км/ч при торможении;

– коэффициент, учитывающий дополнительное время на изменение скорости движения каждого вагона в маневровом составе на 1 км/ч при разгоне и дополнительное время на изменение скорости движения каждого вагона в маневровом составе на 1 км/ч при торможении;

m – количество вагонов в маневровом составе;

v – допустимая скорость движения во время маневров, км/ч;

– длина полурейса, м.

Таким образом, подводя итоги, отметим, что для роспуска с сортировочных горок цистерн для перевозки опасных грузов и уменьшения негативных явлений, которые могут сопровождать данные операции, целесообразно сформировать и внедрять риск-ориентированные концепции, позволяющие разграничить вагоны с опасными грузами в пространстве и времени. Неотъемлемым элементом данной концепции должна быть имитационная модель роспуска поездов, которые в своем составе имеют цистерны с опасными грузами.

Список литературы

  1. Вакуленко С.П., Федин В.М., Чернышев К.А., Коровкина О.И. Повышение экономической эффективности работы на сортировочных горках // Экономика железных дорог. 2022. № 2. С. 68-73.
  2. Джаббаров Ш.Б., Абдуллаев Б.А. Выбор рациональной скорости роспуска «порожнего вагона» на сортировочной горки // Universum: технические науки. 2022. № 5-5 (98). С 43-48.
  3. Карасев С.В., Медведев В.И. Обеспечение безопасности переработки на сортировочных горках вагонов с опасными грузами на основе двухвариантной технологии роспуска // Вестник транспорта Поволжья. 2019. № 1 (73). С. 57-63.
  4. Ольгейзер И.А. Автоматизированный роспуск инновационных вагонов. построение оптимальной модели сортировочной горки // Автоматика, связь, информатика. 2019. № 6. С. 32-34.
  5. Соколов В.Н., Ольгейзер И.А., Суханов А.В. Автоматическая система управления процессом надвига состава на сортировочную горку // Автоматика, связь, информатика. 2021. № 11. С. 31-33.
  6. Кнац В., Смирнов А., Хустер М. Современные технологии на сортировочной горке Лужская-сортировочная // Автоматика, связь, информатика. 2020. № 7. С. 8-12.
  7. Панченко Ю.Ю. Повышение эффективности функционирования немеханизированных сортировочных горок // Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта. 2019. Т. 15. № 54. С. 30-34.