Проблема веса и скорости движения грузовых поездов – это ключевой вопрос развития не только провозной способности железных дорог, но и их технического переоснащения, реконструкции, снижения себестоимости перевозок и повышения конкурентоспособности.

Увеличение массы поездов является не только одной из наиболее эффективных мер по повышению провозной способности железных дорог, ни и важным средством улучшения эксплуатационных показателей их работы и снижения себестоимости перевозок. Масса поезда определяет требования к техническому вооружению железных дорог, в первую очередь к мощности локомотивов, длине станционных путей, устройствам электроснабжения при электротяге, маневровым средствам и т.д.

Таким образом, установление рациональной массы поездов на железных дорогах представляет собой важную и сложную технико-экономическую проблему, тесно связанную с увеличением провозной способности железных дорог. Выбор наивыгоднейшей массы грузовых поездов может рассматриваться при заданном типе и мощности локомотива или для случаев, когда мощность локомотива неизвестна, т.е. должна быть установлена одновременно с определением массы поезда.

Мощность локомотива может быть использована для достижения максимально возможной массы поездов при полном использовании расчетной силы тяги или для увеличения ходовой скорости движения при несколько меньшей массе поезда.

Увеличение производительности локомотива , приводит к увеличению провозной способности, определяемой как  (кол-во грузовых поездов на их вес), в свою очередь вес поезда зависит от силы тяги локомотива ), уменьшению потребного парка локомотивов и бригад, уменьшению расхода топлива или электроэнергии.

где l – длина перегона.

Вес поезда

                                (2.2)

откуда, сила тяги локомотива

                  (2.3)

Мощность локомотива

          (2.4)

Производительность локомотива

                         (2.5)

Мощность локомотивов  остается постоянной в широком диапазоне изменения скорости. Тогда, как видно, из формулы увеличение скорости и одновременное уменьшение силы тяги приводит к уменьшению производительности локомотива, что является невыгодным.

Уменьшение производительности локомотива при неполном использовании расчетной силы тяги объясняется тем, что часть мощности локомотива при росте скорости затрачивается на преодоление увеличивающегося сопротивления движению, а также на передвижение дополнительного количества локомотивов, число которых увеличивается с уменьшением массы и ростом скорости. Вспомним тяговую характеристику, конструкция локомотивов такова, что с ростом скорости их мощность падает, что еще в большей мере скажется на уменьшении их производительности.

Таким образом, наибольшая производительность локомотива и, следовательно, максимальная провозная способность участка, а также наименьшая себестоимость перевозок всегда будут достигаться при наибольшей массе поезда.

Размеры движения грузовых поездов прямо пропорциональны скорости движения. Чем выше скорость, тем выше размеры движения, за исключением двухпутных участков с автоблокировкой и с минимальным интервалом в пакете 6-8 мин.

Вспомним тяговую характеристику

Рисунок 2.1 – Тяговая характеристика локомотива

В точке 1 получили максимальную скорость, а силу тяги минимальную. Возникает дилемма, куда использовать силу тяги либо на увеличение скорости, либо на увеличение веса.

Пример.

Рассмотрим влияние увеличения производительности локомотива на пропускную способность.

Пропускная способность

                          (2.6)

Провозная способность

             (2.7)

Провозная способность увеличивается примерно пропорционально увеличению производительности, т.к. величина  незначительно влияет на величину знаменателя.

Пример.

Рассмотрим влияние увеличения производительности локомотива на эксплуатируемый парк локомотивов.

Потребный эксплуатируемый парк локомотивов

,                      (2.8)

где  – протяженность участка обращения локомотивов;

 – время нахождения локомотива в обоих пунктах оборота и станциях смены бригад, приходящееся на одну пару поездов.

Т.к. размеры движения

                                 (2.9)

то потребный эксплуатируемый парк локомотивов

                  (2.10)

Поскольку второе слагаемое больше, чем первое, примерно в 3 раза, то как видно из формулы, потребный парк локомотивов уменьшается с увеличением производительности. Следует учесть, что коэффициент участковой скорости увеличивается с увеличением производительности локомотива, что приводит к уменьшению потребного числа локомотивов.

Вывод об эффективности реализации максимальной силы тяги заданного локомотива и максимальной массы состава поезда является абсолютным в условиях, когда масса всех обращающихся поездов является одинаковой. В реальных условиях, ввиду различной структуры перевозимых грузов, поездная нагрузка на 1 м пути является различной, и часть поездов с легкими грузами формируется по длине станционных путей (масса таких поездов меньше унифицированной). Другая часть поездов с грузами большой объемной массы является неполносоставной (короче длины ПОП), и масса составов этих соответствует норме массы поезда. В этих условиях является целесообразной реализация максимальной (расчетной) силы тяги локомотива (для части поездов) и установление максимальной нормы состава поезда. В отдельных случаях при значительном удельном весе поездов с малой нагрузкой на 1 м пути, а также при резкой непарности движения может оказаться выгодным устанавливать в одном или обоих направлениях движения норму массы составов поездов несколько меньше критической, определяемой по расчетной силе тяги локомотива.

При незначительных размерах пассажирского движения на двухпутных линиях уменьшение массы грузовых поездов, обеспечивающее приближение их скорости к скорости пассажирских, может уменьшить съем графика. В данном случае наибольшая провозная способность может достигаться не при максимальной массе грузового поезда. Однако, это исключение. Как правило, наибольшая возможная масса грузового поезда, при которой достигается полное использование расчетной силы тяги локомотива, является при всех видах тяги наивыгоднейшей.