Методические основы технико-экономической оценки бесконтактного наземного транспорта с магнитным подвесом

В основу методики технико-экономического обоснования бесконтактного наземного транспорта с магнитным подвесом должны быть положены учет и относительное сравнение как натуральных, трудовых и стоимостных затрат, так и ожидаемых экономических, социальных и других результатов. Поэтому при сравнении вариантов или систем необходимо: учитывать единовременные капиталовложения, количество необходимой рабочей силы, материалов и энергии, потребных для разработки и внедрения вновь создаваемого вида транспорта; выбирать критерии для выявления и оценки ОСНОВНЫХ постоянно действующих факторов в сравниваемых вариантах; принимать за энергетическую базу электрификацию, поскольку электричество является наиболее эффективным и перспективным энергоносителем практически любой мощности, обладает высокой готовностью к немедленному управляемому целевому использованию; всестороннее обоснование объективно необходимых магистральных полигонов создаваемых систем, где проявляются их преимущества и возможности, с установлением на основе транспортной статистики и прогнозирования структуры «дальность» и районирование возможных перевозок пассажиров, пассажиропотоков, основных технико-эксплуатационных параметров отдельных звеньев общетранспортной системы.

Народнохозяйственная значимость, темпы и объемы создания транспорта с магнитным подвесом, как и его размещение в сочетании с традиционными транспортными системами, должны рассматриваться, прежде всего, с позиций обеспечения им наибольшего вклада в решение существующих и ожидаемых проблем перевозок и повышения эффективности капитальных вложений в новую технику за счет: улучшения всех показателей работы, их удешевления, ускорения оборотных средств, сокращения затрат на увеличение пропускной способности линий, снижения материалоемкости, а также роста электровооруженности работников и облегчения их труда, воздействия новой техники и технологии на повышение квалификации и подъем культурного и материального уровня трудящихся.

За критерий оценки параметров и структуры транспортных средств, как правило, должен приниматься минимум приведенных народнохозяйственных затрат на перевозку пассажиров с учетом суммы всех расходов:

Эпр=:?н/С| + Э/ = Ш1П,

где Кь - нормативный коэффициент народнохозяйственной эффективности, значения которого при выборе вариантов на же лезнодорожном транспорте .принимаются равными 0,1; 0,12 и 0,15; Е„К{ - нормативная прибыль от капитальных вложений ?„; 3«- годовые эксплуатационные расходы.

Разновременные затраты и экономический эффект к началу расчетного года приводятся с помощью коэффициента приведения а/==(1 ф- Е„ЛУ,

где ?Ви = 0,1 - норматив приведения разновременных затрат; t - число лет, определяющих затраты расчетного года от его начала.

Отчисления на реновацию с учетом фактора времени

___ХаДц.п

арен~ (1 +?„.„/сл-1 ’

где Кг- доля амортизируемой части восстановительной стоимости; /сл - срок службы объекта.

Учет возможного ущерба от замораживания капитальных вложений при разнице в продолжительности ввода в эксплуатацию бесконтактного наземного транспорта по сравнению, например, с электрической железнодорожной тягой должен быть произведен в зависимости от известных капитальных затрат по годам, исходя из принятого нормативного коэффициента эффективности

где /С[ и К* - капитальные вложения по годам и вариантам; *е' и /с"- сроки осуществления каждого из рассматриваемых вариантов; V и ?'¦- периоды между начальным годом затрзт и последним годом строительства в каждом периоде.

Вполне закономерным будет поэтапное внедрение бесконтактного, особенно высокоскоростного наземного транспорта. В этом случае при линейном законе изменения эксплуатационных расходов в обоих вариантах срок целесообразного выполнения работ второй очереди следует определять на основе следующего выражения:

где ?н - нормативный коэффициент эффективности; Къ - отсроченные капитальные вложения при двухэтапном строительстве; Пч - суммарная стоимость объекта второй очереди; Эо и б - разность первоначальных эксплуатационных расходов и разность ежегодного прироста для тех же вариантов; Рл - разность ежегодного прироста стоимости подвижного состава для тех же вариантов.

В силу особенностей бесконтактного наземного движения на основе магнитного подвеса строительная стоимость и текущее содержание эстакадного пути для него мало зависят от проектной скорости движения экипажа. С учетом этого оптимальная скорость движения может быть определена по минимуму приведенных затрат, приходящихся на 1 пасс.-км при числе пассажиров, приходящихся на 1 т массы поезда, ап = 1-г-5 в зависимости от типа подвешивания, тяги, скорости движения и многих других факторов. Все затраты должны подсчитываться в расчете на 1 т массы поезда или на 1 т-км поездного пробега и затем относиться на 1 пасс.-км, исходя из величины ап=1-г-5.

Расходы, зависящие от скорости движения, следует подразделять на следующие группы: затраты, связанные с механической работой подвижного состава, в том числе на топливо или электроэнергию и на его ремонт; годовые отчисления от капитальных вложений на приобретение подвижного состава и устройства для его обслуживания и ремонта, не зависящие от механической работы; расходы, зависящие от времени (обратно пропорционально скорости) - на содержание поездных бригад; убытки, связанные с потерей времени пассажиров в пути; энергетические затраты на магнитный подвес и направление подвижного состава, считая, что потребляемая ЭМ, мощность, не зависит от скорости движения. В рассматриваемой задаче по (1.11) следует учитывать лишь механическую работу по преодолению основного сопротивления движению ы>с.д. Составляющие механической работы по преодолению разности высот между Начальным и конечным пунктами сообщения, а также по преодолению дополнительного сопротивления от уклона в данном случае должны приниматься равными нулю вследствие того, что среднее значение механической работы можно определять при движении подвижного состава в прямом и обратном направлениях. Кроме того, при высоких скоростях движения большие «безвредные» уклоны продольного профиля исключают на трассе участки торможения на спуске и расходы на преодоление сопротивления, связанного с преодолением высоты.

Механическая работа различных систем магнитного подвеса определяется в зависимости от птах и отношения г'ср/г тах, Где . 2|А|

Iср - средним уклон местности, 1тах - максимальный уклон по условию «безвредного» спуска, 2|Л|-сумма преодолеваемых высот местности.

Оценка ускорения доставки пассажиров по назначению зависит от общего сэкономленного времени. При перевозках на большие расстояния оценка времени отличается от средней примерно в 2 раза. Приняты две оценки пассажиро-ч: е„=0,6 руб. и еп=1,0 руб. [32]. В итоге приведенные затраты на единицу транспортной работы будут состоять из расходов, зависящих от скорости движения С(у), от стоимости путевой структуры, отнесенной на единицу транспортной работы и приведенной к ежегодным затратам; от годовых затрат на текущее содержание постоянных устройств.

Железобетонные эстакады для колесного железнодорожного подвижного состава рассчитывают по эквивалентной, т. е. условной равномерно распределенной нагрузке, равной колесной по воздействию на рассчитываемый элемент. Нагрузки на эстакаду при бесконтактном движении транспорта с МП значительно ближе к распределенным и в 3-4 раза меньше сравниваемых. На основе этого расход железобетона на пролетное строение до полной расчетной нагрузки при расчете по первому предельному состоянию на прочность

Я'10 = Ч'19, (7-3)

где (<2 - объемы бетона в пролетных строениях соответственно для бесконтактного и контактного движений; q', я - полные расчетные нагрузки на 1 м длины от составов для тех же видов движения соответственно.

При этом

Я ' КЛ ][(.]/1 И .И “1“ К 11.11*7 и ,Н “Н (7.4)

где /Сд - динамический коэффициент временной вертикальной нагрузки; дв.„ - временная вертикальная подвижная (эквивалентная) нагрузка; д„.и - постоянная вартикальная нагрузка от массы балласта с частями пути; <7С.В - собственная масса балки; Клер, Кп.п, Кп.с - коэффициенты перегрузки соответственно железнодорожного подвижного состава, постоянной нагрузки, для собственной массы балки.

Аналогично д' = К'Жпег,К

к.п<7в.р “Ь^11.Ч?л-И“Ь7Сп.С?С.В, (7.5)

где АГк.п- коэффициент возможных изменений расчетной нагрузки за счет конструктивных поправок; дв.р - вертикальная, равномерно распределенная нагрузка от подвижного состава с магнитным подвесом; остальное - то же, что и в (7.4), но применительно к балке, несущей путь для бесконтактного движения.

Предварительно

^д^пеР^КП^вр “Ь ^П.П^Н.Н “Н ^П.С?с>в?С.И л /7 С\

?с-в- 771 : 77 71} “ Яс.ш- У.1-'*)

АдЛнер^в.р “Г *\ Ц.И^П.Н "Г '\lUC7C.B

Окончательное значение «ус.в может быть определено методом последовательных приближений подстановкой приближенных величин в числитель до соблюдения равенства (7.6) с заданной точностью.

Формулы (7.3) - (7.6) позволяют оценить расход железобетона на пролетное строение для транспорта с магнитным подвесом без детального их проектирования и конструирования, но с учетом опыта для железных дорог. При этом силы Р\-Р5 должны быть приложены к центру тяжести экипажа (см. рис. 7.2) с обеспечением условия их самого невыгодного сочетания. Тогда наибольшие нагрузки Рь кН, на одну сторону экипажа и двр, кН/м, будут

Р I (Р* + Ръ) Ац.т ^7 7^

2 В

где В - расстояние между феррорельсами, и

Я'вр=^/1ъя. (7.8)

В расчетах, согласно [46], могут быть приняты следующие коэффициенты:^- 1,19-ь- 1,28; ЛГпер= 1,21-г-1,25; ЛГП,п = К'к

АГ'ер= 1,2; /С„.с=/С;,1,1; К[=2,5.

Для оценочных расчетов <}' на пролетные строения эстакад для транспорта с ЭМП в диапазоне их длин 9-33,5 м может быть использована зависимость

<?'=/р/л.к, (7.9)

где нэк=15 для длин пролетных строений от 8,7 до 15,8 м и пэк=16 для 15,8-33,5 м; /р - в м, а (2'-в м3/м.

Объем железобетона в опорах эстакад может быть определен по методике, аналогичной рассмотренной выше с учетом следующих предпосылок:

за расчетное сечение принимается уровень обреза фундамента или уровень поверхности земли в случае свайных оснований;

из нагрузок, приложенных к опоре, подлежит учету только основные, действующие в вертикальной плоскости по оси трассы: давление на опору от временной подвижной нагрузки на примыкающих к опоре пролетах, давление от собственных масс пролетных строений и опоры, продольная горизонтальная нагрузка от тормозных сил;

расход железобетона на опору высотой до 40 м считается пропорциональным суммарному силовому воздействию указанной нагрузки, вызывающему в расчетном сечении предельное напряжение растяжения.

Как и для пролетных строений, расход бетона на опоры эстакады определяется с использованием формулы, применяемой для типовых опор мостов и эстакад традиционного железнодорожного колесного транспорта:

Ц,= 0,6К.(1,25+0,з|?+0,45|^) . (7.10)

где Уб-60 м3 - объем железобетона базовой опоры [46]; ЕР и ЕР б-суммарные вертикальные нагрузки на искомую и базовую опоры, кН; ЕуИ и ЕЛ1б - соответственные суммарные моменты в уровне обреза фундамента от расчетных нагрузок, кН-м.

Переход к объемам опор эстакад

(7.11)

где <7' и q - расчетная нагрузка на 1 м длины на пролетное строение от подвижного состава, массы пути и собственной массы балки с учетом коэффициентов перегрузки и динамики; I - полная длина примыкающих к опоре пролетов; т' и т - собственная масса опоры; ц? и цТ - расчетная тормозная нагрузка на 1 м длины на пролетных строениях; /г - высота опоры от ее верха до обреза фундамента; а и р - размерные коэффициенты, учитывающие различное влияние на объем опоры нормальных сил и изгибающего момента в расчетном сечении: а=5-Д/кН и р = 5- 1/кН-м.

Для эстакады, для которой проектная линия трассы проходит ниже уровня земли, в стоимости пути должны быть учтены затраты на земляные работы по сооружению выемки глубиной АР':

кр-к9-\-Нэ,

где ЛР - рабочая отметка; Яэ - минимальная высота эстакады.

При отсутствии мелких и средних искусственных сооружений в эстакадной путевой структуре стоимость искусственных сооружений может быть учтена либо суммированием стоимостей крупных мостов и тоннелей на трассе, либо для технико-экономического обоснования с помощью введения дополнительного коэффициента Кис, учитывающего удорожание пути благодаря сооружению крупных мостов или тоннелей. Стоимость отвода земли и подготовки территории для строительства должна быть существенно ниже по сравнению с соответствующими затратами при железнодорожном строительстве в связи со значительным сокращением полосы отвода, которую зачастую можно ограничить площадью опор эстакады.

Изложенные методические принципы позволяют определить наиболее важные параметры.

Удельная тяговая мощность поезда с ЭМП, кВт/т,

где Ртах1 - исходная расчетно-максимальная скорость в /-м варианте оптимизационного расчета, км/ч; К1 - коэффициент аэродинамического сопротивления, (кВт-ч)3/(т-км)3; /С2- коэффициент электромагнитного сопротивления, (кВт-ч)2/(т-км)2; /Сз - коэффициент электродинамического сопротивления, кВт/т.

Средняя удельная механическая работа на передвижение поезда, кВт-ч/-(т-км): с ЭМП

где /ср= ¦ ' ¦¦¦-средний уклон местности, %0; S | А |-сумма преодолеваемых высот местности; 5 - длина трассы, км; /max - наибольший уклон продольного профиля, %о-Удельные энергетические затраты, кВт-ч/т, где А - удельные полезные энергетические затраты; Кп - коэффициент потерь в контактной сети; т)т.п - КПД тягового электропривода.

Энергетические затраты на единицу работы поезда, руб/(тХ Хкм),

рэмп_тт лэмп- Рэдп_п лэдп

х-эн -хДэн-'1т > Х-ЭН -¦гДэнлт ¦>

где Цэи - среднесетевая цена электроэнергии, руб/(кВт-ч).

Затраты на ремонт, связанные с механической работой поезда:

где еРем - стоимость одного ремонта энергетической установки, руб.; 5п - межремонтный пробег, км.

Затраты на энергетическую установку подвижного состава, руб/(т-км),

д, _ Дл [(Яв 4- лрем 4" лрем) лрез 4" Р

РТыярМ1'тах!

где Дл- цена энергетической установки, руб.; преи- доля отчислений на ее реновацию; ярем- коэффициент ее ремонтных расходов; Тход-ходовое время подвижного состава в году, ч; През - коэффициент резерва подвижного состава.

где Цы и Цщ (руб/км) - стоимость эстакады с высотой опор Л,- и Л1 (м); Дз.р - стоимость 1 м3 земляных работ, руб/м3; Цм и Цсг- стоимости сооружения системы электроснабжения и станций; /Си.с - коэффициент, учитывающий стоимость искусственных сооружений; Цата - стоимость отвода земли, руб/км.

Удельные капиталовложения на сооружение путевой структуры,

Кпул/П,

где Л - ожидаемый пассажиропоток линии в обоих направлениях, пасс./год.

Затраты на текущее содержание постоянных устройств, руб1 пасс.-км,

Ст.с = Зт<с/Я,

где Эт.с - годовые затраты на текущее содержание постоянных устройств, руб/км.

Приведенные затраты на всю систему наземного бесконтактного пассажирского транспорта с магнитной левитацией, руб1 пасс.-км, где ТСразв - коэффициент развития линии.

Поскольку наземный транспорт с магнитным подвесом-¦ транспорт будущего, то при его проектировании и определении стоимостных характеристик строительства и эксплуатации следует исходить из позитивных влияний на уровень наименьших расходов: высоких темпа и экономичности сооружения в эксплуатации на основе наибольших стандартизации и взаимозаменяемости элементов и узлов пути, его надежности, стабильности и долговечности, а также эргономичности; предельных индустриальное™ изготовления элементов путевых конструкций, механизации и автоматизации процессов сборки, отладки и пуска в эксплуатацию системы, технической возможности круглосуточного ведения работ по сооружению и эксплуатации при их малой трудоемкости, возможности производства путевых работ в строго регламентированное время суток с прекращением движения поездов. На основе этого в [46] стоимость 1 м3 железобетона с учетом монтажа в эстакадной конструкции пути принята сниженной в 1,75 раза сравнительно с его стоимостью при существующем уровне организации и механизации процессов изготовления, транспортировки и монтажа элементов и сооружения опор.

Годовой экономический эффект от внедрения любого варианта бесконтактного транспорта с магнитным подвесом

Эр=(31-32)/7,?..10-9, (7.12)

где Эг - годовой экономический эффект от создания и внедрения, млн. руб.; 31 - приведенные затраты в копейках на 10 пасс.-км для базовых видов транспорта, сравниваемых с транспортом на магнитном подвесе; 32 - то же на десять пасс.-км для данного транспорта; Пп - пассажиропоток в обоих направлениях, на всех маршрутах принимался равным 5, 10, 20, 30, 40 и 50 млн чел. в год; Ь-расстояние перевозки пассажиров по маршрутам, км.

Аналогичный народнохозяйственный экономический эффект

Энх = Эг/Е„,

где ?^=0,15 - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений.

Обоснование технических требований на трассу и путевую систему для наземного движения БЭПС | Транспорт с магнитным подвесом | Технико-экономическое сравнение транспортных систем бесконтактного и контактного движения