Технико-экономическая трактовка коэффициента соответствия

Современные представления о соответствии несущей способности путевой конструкции уровню нагружения базируются на ее поведении в течение длительного периода эксплуатации, а именно: сопротивляемости протеканию необратимых процессов от многократного приложения нагрузок и возможности устранения их последствий в порядке текущего содержания и периодических ремонтов.

Высший уровень многократного нагружения пути обусловлен следующими ограничениями:

• интенсивностью одиночного выхода рельсов по дефектам и изломам, потерями на замену рельсов;
• расходами труда на текущее содержание пути, снижение которых составляет важный фактор роста производительности труда;
• сроками службы элементов верхнего строения и расходом материалов, особенно дорогостоящих или дефицитных;
• уровнем общих эксплуатационных расходов, снижение которых означает некоторое удешевление перевозок.

Эти и некоторые другие ограничения в той или иной мере уменьшаются с ростом массы рельса. Однако последняя в свою очередь ограничивается:

• уровнем общих капитальных затрат;
• расходом материалов (стали, присадок);
• сроком окупаемости первоначальных вложений.

Общим для столь разнородных характеристик может быть только их денежное выражение. Поэтому нахождение оптимума является задачей технико-экономического сравнения вариантов.

Подсчет денежных характеристик связан с большой, кропотливой вычислительной работой, требующей хорошего обеспечения исходной информацией и, в частности, материалами наблюдений за работой рельсов в пути. Технико-экономическое сравнение вариантов представляет собой сложную и трудоемкую задачу. Методика ее решения разрабатывалась многими специалистами железнодорожного транспорта. Можно указать в связи с этим на труды А. Е. Гибшмана, Г. М. Шахунянца, А. Ф. Золотарского, М. Ф. Вериго, М. А. Чернышева, В. Н. Данилова, П. Г. Козийчука, П. П. Цуканова, В. Я. Шульги. Краткие сведения о содержании исследований в области сравнения вариантов конструкций верхнего строения приведены в Трудах Московского института инженеров железнодорожного транспорта [195].

Однако важно отметить, что специфика задачи заключается в выявлении наиболее мощных эксплуатационно-экономических факторов по влиянию на сопоставляемые показатели, чтобы выразить их изменение как функцию ограниченного числа аргументов, доступную для анализа обычными средствами. Практически масса рельса связывается с одним-двумя эксплуатационными факторами. Это позволяет подойти к качественно верному освещению вопроса на основе анализа обобщенных показателей.

Например, дополнительные капитальные вложения K в современные конструкции верхнего строения увеличиваются почти в той же пропорции, что и погонная масса G. Поэтому если известны первоначальные затраты K₀ на исходный вариант с рельсом G₀, можно без особых погрешностей принять линейную зависимость для K:

Расходы на содержание и ремонты пути увеличиваются с ростом грузонапряженности Гя и уменьшаются по мере роста массы рельса.

В общем случае изменение годовых эксплуатационных расходов можно представить отношением степенных функций

Затраты, приведенные к одному году, определяются известной формулой

Поскольку грузонапряженность в условиях сравнения вариантов считается неизменной, а E₀ принимается как некоторый норматив, приведенные затраты легко минимизируются по G.

Приравнивая нулю первую производную получим

Численные значения параметров определены по материалам тщательных, обобщающих большой эксплуатационный опыт расчетов В. Я. Шульги [196], справедливых для неизменной системы периодических ремонтов (один средний, два подъемочных) за срок службы рельсов. Принято: K₀' = 22 942 руб., а = 195 руб. на 1 кг погонной массы рельса, b = 87 000, r = ⁷/₄, с = 1. При этом

Итак, оптимальная по уровню приведенных затрат погонная масса рельса увеличивается с ростом грузонапряженности. При определенном Е0 можно подсчитать погонную массу рельса, соответствующую той или иной грузонапряженности (рис. 45). Для современных условий нормирования грузонапряженностей по типам рельсов т. е. срок окупаемости дополнительных капиталовложении находится в интервале 4,0-2,5 лет. Это вполне согласуется с величинами, которые в свое время принимались во внимание при определении границ применения стандартных рельсов.

Рис. 45. Зависимости оптимальной погонной массы рельса от грузонапряженности при различных значениях E₀

Пользуясь формулой (26), нетрудно подсчитать, что еще в конце 30-х годов по уровню грузонапряженности на важнейших магистралях следовало бы, руководствуясь соображениями экономической оптимальности, применять рельс тяжелее Р50. Фактически же использовались рельсы Iа и легче. Средняя масса рельса в главных путях до сих пор отстает от оптимального значения, соответствующего среднесетевой грузонапряженности. Эти обстоятельства и заставили осуществлять интенсивное усиление пути за счет увеличения массы рельса, что выражается в общих чертах восходящей ветвью рассмотренной выше кривой изменения A.

Таким образом, в конце 30-х годов на смену прочностному обоснованию уровня нагружения рельсов или выбора их массовых категорий пришло технико-экономическое. Ломка многолетней традиции совпадала по времени с первыми крупными достижениями социалистической реконструкции на железнодорожном транспорте и была следствием коренного изменения взглядов на роль рельсов в работе пути, продиктованного резко изменившимися условиями эксплуатации.