Устанавливается фактическое (или предполагаемое на перспективу) распределение поездных нагрузок на 1 м пути от всех поездов. По ним определяют среднее значение поездной нагрузки на 1 м пути:

,                           (2.11)

где  – число вариантов.

Затем определяют критическую массу состава  по расчетной силе тяги локомотива исходя из нее ограничительную нагрузку на 1 м пути:

,                               (2.12)

где полезная длина станционного пути.

По полученным данным определяют возможные варианты нормы массы состава поездов. Число вариантов расчетных погонных нагрузок и соответствующих им вариантов может быть равно числу значений меньших, чем , но рассматривать все варианты не требуется. Достаточно ограничиться рассмотрением (кроме варианта норм массы ) одного двух вариантов норм массы, ближайших к . Для каждого варианта норм массы определяют среднюю массу поезда:

                       (2.13)

В каждом варианте нормы массы поездов определяется количество поездов путем деления грузопотока брутто на среднюю массу состава поезда в этом варианте. На основе размеров движения по направлениям устанавливается число одиночно следующих локомотивов и их пробег. Затем для каждого варианта в каждом из направлений устанавливаются ходовые скорости, затрата механической работы на передвижение поездов и остановки. В каждом варианте норм массы рассчитываются приведенные затраты отдельно в четном и нечетном направлениях движения с последующим суммированием затрат в обоих направлениях, и выбирается вариант с минимальными затратами.

К зависящим от массы и скорости движения поездов относятся затраты: на накопление составов на станциях формирования, временные затраты, связанные с нахождением поездов на участках, затраты на механическую работу по передвижению и остановку поездов, затраты, связанные с одиночным пробегом локомотивов, пробежные затраты, связанные с ремонтом подвижного состава, относимым на его пробег, а также затраты на ремонт пути, относимые на тонно-километровую работу брутто.

Для определения оптимального веса поезда необходимо выполнение технико-экономических расчетов, учитывающих суммарные расходы, связанные с увеличением веса:

                   (2.14)

=                         (2.15)

=                               (2.16)

               (2.17)

            (2.18)

                (2.19)

                         (2.20)

Т.е. оптимальный вес грузовых поездов с данным типом локомотива, при котором расходы будут минимальны.

Например, определим потребный парк локомотивов, для поездов весом 3000т и 5000 тонн. Потребный парк локомотивов будет меньше, когда вес поезда будет больше.

По аналогии потребное количество локомотивных бригад, уменьшается с увеличением веса поезда.

Основные меры по повышению веса:

– увеличение силы тяги ;

– применение подталкивания и кратной тяги;

– смягчение руководящего уклона ;

– уменьшение основного удельного сопротивления ;

– повышение статической нагрузки .

Расход топлива будет меньше у локомотива, где вес поезда больше, чем у поездов с меньшим весом.

В целом расход топлива обратно пропорционален весу.

Расход может быть меньше у поездов с большей массой, т.к. их количество будет меньше по сравнению с количеством поездов меньшей массы.

Расходы топлива уменьшаются с увеличением веса.

Максимальная производительность труда и минимальная себестоимость перевозок достигается только при полном использовании силы тяги локомотива .

С увеличением веса расходы на накопление увеличиваются, т.е. находятся в прямой зависимости от веса поезда.

Рисунок 2.2 – Распределение затрат при увеличении веса поезда

Увеличение массы поездов до величины, допускаемой существующей длиной станционных путей, приводит на первоначальном этапе к уменьшению суммарных приведенных затрат. В дальнейшем, когда увеличение массы поездов сопряжено с увеличением путей, уменьшение затрат замедляется, а начиная с определенной длины путей, суммарные приведенные затраты начинают расти.

Наилучшие результаты достигаются при таком увеличении массы поездов, при котором масса поезда, ограниченная как длиной путей, так и силой тяги локомотива, примерно бы совпадала. В противном случае могут оказаться омертвленными значительные капитальные вложения либо в путевое хозяйство на станциях, либо в локомотивный парк. Однако число типов локомотивов обычно ограничено и не всегда можно подобрать локомотив, сила тяги которого точно соответствовала бы массе полносоставного поезда. Кроме того, и полносоставные поезда могут быть разной массы в связи с различной нагрузкой вагонов. Следует также учитывать, что в связи с большим разнообразием профиля пути в пределах одного железнодорожного участка при той же массе поездов требуется реализация различных тяговых усилий локомотивов.

Все это приводит к необходимости выбирать наиболее целесообразную величину силы тяги локомотива не только для каждого железнодорожного участка, но и часто даже для отдельных категорий поездов, которые на нем обращаются.

В отличие от стран Запада, в России время проезда из конца в конец составляет 10-15 суток. Для стран с большими территориями (какой является РФ) выгодно накапливать поезда большего веса, т.е. дольше копим, но и дальше везем.

В реальности движение происходит с меньшими, чем оптимальные весовыми нормами, главным образом из-за недостатка полезной длины станционных приемоотправочных путей (850 м), так как теоретически сила тяги за счет использования секций локомотивов может быть не ограничена.

Анализируя унифицированные весовые нормы, которые устанавливают для целых направлений, в практике работы железных дорог РФ встречаются пути двух основных видов:

1.  Когда перегоны с руководящими уклонами (подъемами) расположены сосредоточенно в одном месте и по их величине для всего направления устанавливается унифицированный вес (тяжелых подъемов в общей величине 8-10%).

2.  Когда руководящие уклоны расположены по всему направлению.

Очевидно, что для первого варианта предпочтительней применять локомотивы подталкивания (т.к. он нужен только на 8-10% пути), а для второго варианта – кратную тягу, на всем направлении.

Для определения целесообразности подталкивания необходимы технико-экономические расчеты, и выполнять их удобно, построив так называемую тонно-километровую диаграмму.

Рисунок 2.3 – Тонно-километровая диаграмма

=3000 тонн

1-ый этап – 3500 тонн – толкач нужен на участке г-д.

2-ой этап – 4000 тонн – толкач нужен на б-в, г-д, д-б.

3-ий этап – 4500 тонн – толкач нужен на б-в, в-г, г-д, д-б.

Применение подталкивания целесообразно, когда расходы при одиночной тяге будут больше или равны расходам с использованием толкачей, что можно выразить как:

, (2.21)

где  – вес грузового поезда брутто до и после подталкивания;

 – время движения при одиночной тяге и при подталкивании на заданном направлении;

 – стоимость поездо-часа и кВт-часа электроэнергии или топлива;

 – капитальные затраты на необходимый парк толкачей и необходимые для них устройства (тупики, стрелки).

Если подталкивание для обеспечения заданной весовой нормы требуется на протяжении больше чем 20-30% от общей длины направления, то выгодно применение кратной тяги.