Bài toán xác định nhu cầu sức kéo trên đường sắt quốc gia cần rất nhiều thông số đầu vào. Ở đây quy ước ba loại thông số đầu vào cơ bản như sau:
+ Thông số đầu vào tổng quát
Bao gồm các thông số kỹ thuật của tuyến đường, các thông số kỹ thuật của phương tiện đầu máy, toa xe.
+ Thông số đầu vào loại 1
+ Thông số đầu vào loại 2
Bao gồm các chỉ tiêu khai thác trên đường sắt quốc gia trong những năm gần đây như: quãng đường chạy trung bình ngày đêm, sản lượng trung bình ngày đêm của đầu máy, tốc độ khu đoạn của đầu máy và thời gian dừng của đầu máy ở đoạn và trạm.
Sau đây tiến hành xem xét và lựa chọn các thông số đầu vào nêu trên. 3.3.1. Lựa chọn các thông số tính toán tổng quát
3.3.1.1. Lựa chọn các thông số của tuyến đường
Để phục vụ cho việc xác định nhu cầu kéo, cần có các dữ liệu cơ bản về hạ tầng đường sắt như sau:
-Chiều dài các tuyến;
-Độ dốc hạn chế của các tuyến;
-Chiều dài hữu hiệu đường ga trên các tuyến.
Chiều dài và độ dốc lớn nhất của các tuyến trên đường sắt Việt Nam đã được trình bày trong Phụ lục 3.
Chiều dài và độ dốc hạn chế của một số tuyến trên đường sắt quốc gia Việt Nam thể hiện trong bảng 3.7.
Bảng 3.7. Chiều dài và độ dốc hạn chế của một số tuyến trên đường sắt Việt Nam
TT Tuyến đường Độ dốc hạn chế, ‰ Chiều dài, km
1 Hà Nội - Hải Phòng 5,8 102
2 Hà Nội - Đồng Đăng 18,0 162
3 Hà Nội - Quán Triều 8,5 75
4 Hà Nội - Lào Cai 12,5 296
5 Hà Nội - Hạ Long 5,0 131
6 Hà Nội - Đồng Hới 18,0 522
7 Đồng Hới - Diêu Trì 18,0 573
8 Diêu Trì - Sài Gòn 18,0 633
3.3.1.2. Lựa chọn thông số kiểm nghiệm khối lương đoàn tàu theo chiều dài hữu hiệu đường ga
Vì chiều dài đường ga trên các tuyến là không đồng nhất, nằm trong phạm vi từ 250 - 350 m, vì vậy có thể tiến hành tính toán cho 3 phương án: 250, 300 và 350 m. Tuy nhiên, hiện nay theo quy định của ngành ĐSVN, chiều dài đoàn tàu trên tuyến HN-SG không được vượt quá 300 m. Vì vậy ở đây lựa chọn phương án chiều dài hữu hiệu đường ga là 300 m.
3.3.1.3. Lựa chọn loại đầu máy
Mục tiêu của Luận án là cần xây dựng một Phần mềm tổng hợp để có thể tính toán với bất kỳ loại đầu máy nào, với các thông số kỹ thuật cụ thể đã cho trong Phụ lục 1 [14, 41-45, 54-59, 70]. Tuy nhiên, để thuận tiện trong tính toán và so sánh các phương án tính toán, đề xuất một số đầu máy mang tính đại diện để tính toán như sau.
a. Đầu máy kéo tàu trên chính tuyến
Như đã biết, hiện nay, ngành đường sắt Việt Nam đang khai thác tổng số 282 đầu máy diesel với 13 chủng loại, trong đó có 272 đầu máy khổ đường 1.000 mm với 11 chủng loại, trong số đó có 80 đầu máy D19E, chiếm 29,4% số lượng đầu máy khổ đường 1.000 mm.
Đầu máy D19E do Trung Quốc sản xuất, có công suất 1.900 mã lực, tốc độ cấu tạo 120 km/h, tương đối hiện đại, được đưa vào sử dụng gần đây nhất (từ tháng 01 năm 2002), có số lượng lớn nhất trong tổng số đầu máy diesel TĐĐ đang vận dụng chiếm 30,89% về mặt số lượng (80/259), và 46,67% về tổng công suất (152.000/325.700 mã lực). Đầu máy D19E do các Xí nghiệp đầu máy Yên Viên, Hà Nội, Đà Nẵng và Sài Gòn quản lý.
Sau nhiều năm khai thác, đầu máy D19E đã phát huy được hiệu quả trong điều kiện hạ tầng của đường sắt Việt Nam còn hạn chế. Đây là loại đầu máy có công suất phù hợp với hướng phát triển của toàn ngành về sức kéo (ưu tiên đầu tư loại đầu máy có công suất từ 1.300 - 2.000 mã lực).
Trong tương lai, ngành đường sắt có thể sẽ tiếp tục chế tạo và lắp ráp từ 50 đến 100 đầu máy D19E nhằm thay thế cho các đầu máy có công suất nho hơn đã hết niên hạn sử dụng, lúc đó nó sẽ thực sự là nguồn sức kéo chủ lực của đường sắt Việt Nam.
Do đó, tiến hành lựa chọn đầu máy D19E làm cơ sở cho các tính toán sau này. Các thông số kỹ thuật, đặc tính sức kéo, sức cản cơ bản đơn vị và chu kỳ sửa chữa của đầu máy D19E đã được trình bày trong Phụ lục 1. Khi tính toán khối lượng kéo theo độ dốc hạn chế chỉ tính theo tốc độ tính toán (tốc độ dài hạn V∞) Vtt =
V∞
b.Đầu máy phụ trợ (vận chuyển nho và dồn)
Tiến hành lựa chọn đầu máy D12E làm đầu máy phụ trợ. Đây là loại đầu máy duy nhất có chu kỳ sửa chữa tính bằng thời gian theo Quy trình sửa chữa của Tổng công ty ĐSVN.
Thông số kỹ thuật của các loại đầu máy sử dụng trong ngành ĐSVN bao gồm cả các chu kỳ bảo dưỡng sửa chữa hiện hành đã được trình bày đầy đủ trong Phụ lục 1 [14, 41-45, 54-59, 70].
3.3.1.4. Lựa chọn loại toa xe
Hiện nay, trên đường sắt Việt Nam sử dụng rất nhiều chủng loại toa xe do nhiều nước khác nhau chế tạo. Thông số kỹ thuật của các loại toa xe sử dụng trong ngành ĐSVN được trình bày đầy đủ trong Phụ lục 2 [13-14, 62-63].
Với Phần mềm được xây dựng, có thể tính toán với bất kỳ loại toa xe nào, với các thông số kỹ thuật cụ thể đã cho trong Phụ lục 2. Tuy nhiên, để thuận tiện trong tính toán và so sánh các phương án tính toán, đề xuất một số loại toa xe khách và toa xe hàng mang tính đại diện để tính toán như sau (bảng 3.8).
Bảng 3.8. Thông số kỹ thuật của của một số loại toa xe
Loại toa xe Tự trọng, t Tải trọng, t Số lượng khách Chiều dài, m Toa xe khách
Ngồi mềm A64, A44 36 10 64;44 20
Hàng cơm HC-TH2 36 8 - 20
Công vụ phát điện CV-PĐ 36 8 - 20
Sức cản cơ bản đơn vị của toa
xe khách 4 trục ổ lăn ω,, = 1,5 + 0,026V + 0,00029V2, N/kN 0
Toa xe hàng
Có mui G-VN 18 35 - 16
Thành cao H 16,5 39,5 - 15
Sức cản cơ bản đơn vị của toa xe hàng nặng 4 trục ổ lăn
ω,,
= 0,7 + 0,04V + 0,00032V2, N/kN 0
3.3.2. Lựa chọn các thông số đầu vào loại 1
Như đã trình bày ở trên, có khá nhiều các số liệu dự báo ở các thời điểm khác nhau, và các số liệu dự báo này đều có cơ sở pháp lý, đều do Thủ tường Chính phủ hoặc Bộ trưởng Bộ GTVT phê duyệt.
Mặc dù vậy, các số liệu dự báo về khối lượng vận chuyển trên đường sắt quốc gia Việt Nam trong các phương án nói trên là khác biệt nhau một cách đáng kể, thậm chí là quá lớn, và cho đến thời điểm này một số phương án dự báo đã trở
nên lạc hậu. Vấn đề đặt ra là cần lựa chọn một số phương án dự báo khả dĩ làm cơ sở cho việc xác định nhu cầu sức kéo trên đường sắt quốc gia Việt Nam.
Tiêu chí để lựa chọn số liệu dự báo là số liệu dự báo phải được phân bổ đầy đủ cho tất cả các tuyến hiện hữu của đường sắt quốc gia, tức là phải bao phủ cho toàn mạng lưới.
Với tiêu chí này chỉ có hai nguồn dự báo đáp ứng được, đó là:
-Dự báo của Cơ quan hợp tác Quốc tế Nhật Bản, JICA 1995 cho năm 2020 - Dự báo của “Điều chỉnh Chiến lược PTGTVT VN đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050” (phê duyệt năm 2015) cho năm 2020.
Ngoài ra, đối với tuyến Hà Nội - Sài Gòn, có 02 nguồn dự báo đáp ứng được, đó là:
- Dự báo của Bộ GTVT và Cơ quan hợp tác Quốc tế Nhật Bản JICA năm 2010 (Vitranss 2) cho năm 2020.
- Dự báo của Dự án đường sắt tốc độ cao trên hành lang Bắc-Nam năm 2018 cho năm 2030.
Tóm lại, trong luận án này sẽ lựa chọn số liệu dự báo của Cơ quan hợp tác Quốc tế Nhật Bản, JICA 1995 cho năm 2020; số liệu dự báo của “Điều chỉnh Chiến lược PTGTVT VN đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050” (phê duyệt năm 2015) cho năm 2020 để xác định nhu cầu sức kéo cho toàn mạng lưới đường sắt quốc gia.
Đồng thời, lựa chọn số liệu dự báo của Bộ GTVT và Cơ quan hợp tác Quốc tế Nhật Bản JICA năm 2010 (Vitranss 2) cho năm 2020 và số liệu dự báo Dự án đường sắt tốc độ cao trên hành lang Bắc-Nam (năm 2018) cho năm 2030 để xác định nhu cầu sức kéo trên tuyến Hà Nội-Sài Gòn.
Sau khi lựa chọn các nguồn dự báo, sẽ tiến hành tổ hợp các số liệu dự báo nói trên để tạo ra các Tổ hợp cơ sở và các phương án tính toán khác nhau.
Sơ đồ tổng hợp các nguồn số liệu dự báo về khối lượng vận chuyển và khối lượng luân chuyển trên đường sắt quốc gia Việt Nam được lựa chọn cho nội dung luận án thể hiện trên hình 3.74.
Hình 3.74. Sơ đồ tổng hợp số liệu dự báo về khối lượng vận chuyển và khối lượng luân chuyển trên đường sắt quốc gia Việt Nam
Các thông số đầu vào loại 1 được trình bày trong các bảng 3.9 - 3.16.
3.3.2.1. Thông số đầu vào loại 1: theo số liệu dự báo của Cơ quan Hơp tác Quốc tế Nhật Bản (JCA) 1995 cho năm 2020
Bảng 3.9. Thông số đầu vào loại 1
Theo dự báo về KLVC của JCA 1995 cho năm 2020
TT Thông số KLVC HK (triệu hk); KLVC HH triệu tấn) Tổ hợp VN.S1.MH1.PASng(i) HN-ĐH ĐH-DT DT-SG HN-HP HN-ĐĐ HN-QT HN-LC HN-HL 1 HK 7,5 5,0 7,5 3,5 1,5 1,1 2,5 2,5 2 HH 7,5 5,0 8,0 3,5 1,8 1,2 6,0 5,0
Bảng 3.10. Thông số đầu vào loại 1
Theo dự báo về KLLC của JCA 1995 cho năm 2020
TT Thông số KLLC HK (tỷ hkkm); KLlC HH (tỷ tkm) Tổ hợp VN.S1.MH3A.PAMng(i) HN-ĐH ĐH-DT DT-SG HN-HP HN-ĐĐ HN-QT HN-LC HN-HL 1 HK 3,915 2,865 4,7475 0,357 0,243 0,0825 0,74 0,3275 2 HH 3,915 2,865 5,064 0,357 0,2916 0,09 1,776 0,655 3.3.2.2. Thông số đầu vào loại 1: theo số liệu dự báo của Chiến lươc Phát triển GTVT 2015 cho năm 2020
Bảng 3.11. Thông số đầu vào loại 1
Theo dự báo về KLVC của Chiến lược PTGTVT 2015 cho năm 2020
TT Thông số KLVC HK (triệu hk); KLVC HH triệu tấn) Tổ hợp VN.S3.MH1.PASng(i) HN-ĐH ĐH-DT DT-SG HN-HP HN-ĐĐ HN-QT HN-LC HN-HL 1 HK 13,27 7,33 14,32 7,38 2,48 0,98 11,45 0,85 2 HH 2,49 2,89 2,65 2,41 3,57 0,42 7,87 3,37
Bảng 3.12. Thông số đầu vào loại 1
Theo dự báo về KLLC của Chiến lược PTGTVT (2015) cho năm 2020
TT Thông số KLLC HK (tỷ hkkm); KLlC HH (tỷ tkm) Tổ hợp VN.S3.MH3A.PAMng(i) HN-ĐH ĐH-DT DT-SG HN-HP HN-ĐĐ HN-QT HN-LC HN-HL 1 HK 7,36 11,48 10,59 0,38 0,21 0,03 1,03 0,05 2 HH 4,16 4,92 3,41 0,22 0,55 0,01 2,23 0,37
3.3.2.3. Thông số đầu vào loại 1: theo số liệu dự báo của JCA 1995 và Vitrass 2- 2010 cho năm 2020
Bảng 3.13. Thông số đầu vào loại 1
Theo dự báo về KLLC của JCA 1995 cho năm 2020 và Vitranss 2 (2010) cho năm 2020
TT Thông số
KLLC HK (tỷ hkkm); KLlC HH (tỷ tkm)
Tổ hợp B.S1.MH3A. PAMng(i)+ HS.S2.MH3A.PAMng(i)
HN-ĐH ĐH-DT DT-SG HN-HP HN-ĐĐ HN-QT HN-LC HN-HL
1 HK 1,62 2,53 2,34 0,357 0,243 0,0825 0,74 0,3275
2 HH 4,09 4,83 3,35 0,357 0,2916 0,09 1,776 0,655
3.3.2.4. Thông số đầu vào loại 1: theo số liệu dự báo của Chiến lươc Phát triển GTVT 2015 và và Vitrass 2-2010 cho năm 2020
Bảng 3.14. Thông số đầu vào loại 1
Theo dự báo về KLLC của Chiến lược PTGTVT 2015 cho năm 2020 và Vitranss 2 (2010) cho năm 2020
TT Thông số
KLLC HK (tỷ hkkm); KLlC HH (tỷ tkm)
Tổ hợp B.S3.MH3A. PAMng1+ HS.S2.MH3A.PAMng1
HN-ĐH ĐH-DT DT-SG HN-HP HN-ĐĐ HN-QT HN-LC HN-HL
1 HK 1,62 2,53 2,34 0,38 0,21 0,03 1,03 0,05
2 HH 4,09 4,83 3,35 0,22 0,55 0,01 2,23 0,37
3.3.2.5. Thông số đầu vào loại 1: theo số liệu dự báo của JCA 1995 cho năm 2020 và của Dự án ĐSTĐC trên trục Bắc - Nam cho năm 2030
Bảng 3.15. Thông số đầu vào loại 1
Theo dự báo về KLVC của JCA 1995 cho năm 2020 và Dự án ĐSTĐC (2018) cho 2030
TT Thông số KLVC HK (triệu hk); KLVC HH triệu tấn) Tổ hợp B.S1.MH1. PASng(i)+ HS.S4.MH1.PASng(i) HN-V V-NT NT-SG HN-HP HN-ĐĐ HN-QT HN-LC HN-HL 1 HK 7,665 7,0 9,125 3,5 1,5 1,1 2,5 2,5 2 HH 10,22 10,22 8,855 3,5 1,8 1,2 6,0 5,0
3.3.2.6. Thông số đầu vào loại 1: theo số liệu dự báo của Chiến lươc PTGTVT 2015 cho năm 2020 và của Dự án ĐSTĐC trên trục Bắc - Nam cho năm 2030
Bảng 3.16. Thông số đầu vào loại 1
Theo dự báo về KLVC của Chiến lược PTGTVT 2015 và Dự án ĐSTĐC (2018) cho 2030
TT Thông số KLVC HK (triệu hk); KLVC HH triệu tấn) Tổ hợp B.S3.MH1.PASng(i) + HS.S4.MH1.PASng(i) HN-V V-NT NT-SG HN-HP HN-ĐĐ HN-QT HN-LC HN-HL 1 HK 7,665 7,0 9,125 7,38 2,48 0,98 11,45 0,85 2 HH 10,22 10,22 8,855 2,41 3,57 0,42 7,87 3,37
3.3.3. Lựa chọn các thông số đầu vào loại 2
3.3.3.1. Quãng đường chạy trung bình ngày đêm của đầu máy
Các phương án tính toán với quãng đường chạy trung bình ngày đêm của đầu máy được thiết lập trên cơ sở số liệu thống kê ở thời điểm hiện tại, tức là theo trị số trung bình trong giai đoạn 2015 -2020 (Sng + %) cộng với mức gia tăng từ nay đến năm 2030 lần lượt là 10, 20, 25 và 30%.
Các phương án thông số đầu vào loại 2 theo quãng đường chạy trung bình ngày đêm của đầu máy được cho trong bảng 3.17.
Bảng 3.17. Các thông số đầu vào loại 2
quãng đường chạy trung bình ngày đêm của đầu máy, km
PA Thông số Khu đoạn
HN-ĐH ĐH-DT DT-SG HN-HP HN-ĐĐ HN-QT HN-LC HN-HL 1 (+0%) K 670 670 670 370 460 230 450 320 H 320 320 320 270 260 150 300 150 2 (+10%) K 737 737 737 407 506 253 495 352 H 352 352 352 297 286 165 330 165 3 (+20%) K 804 804 804 444 552 276 540 384 H 384 384 384 324 312 180 360 180 4 (+25%) K 838 838 838 463 575 288 563 400 H 400 400 400 338 325 188 375 188 5 (+30%) K 871 871 871 481 598 299 585 416 H 416 416 416 351 338 195 390 195
3.3.3.2. Sản lương trung bình ngày đêm của đầu máy
Các phương án tính toán với sản lượng trung bình ngày đêm của đầu máy được thiết lập trên cơ sở số liệu thống kê ở thời điểm hiện tại, tức là theo trị số trung bình trong giai đoạn 2015 -2020 (Mng + %) cộng với mức tăng trưởng từ nay đến
Các phương án thông số đầu vào loại 2 theo sản lượng trung bình ngày đêm của đầu máy được cho trong bảng 3.18.
Bảng 3.18. Các thông số đầu vào loại 2
Sản lượng trung bình ngày đêm của đầu máy, tkm cả bì
PA Thông số Khu đoạn HN-ĐH ĐH-DT DT-SG HN-HP HN-ĐĐ HN-QT HN-LC HN-HL 1 (+0%) K 308.202 308.202 308.202 174.762 104.712 45.733 197.342 107.926 H 219.397 219.397 219.397 238.919 144.712 59.445 190.225 124.153 2 (+10%) K 339.483 339.483 339.483 192.239 115.183 50.306 217.076 118.718 H 241.337 241.337 241.337 262.811 159.311 65.389 209.248 136.568 3 (+20%) K 369.843 369.843 369.843 209.715 125.654 54.879 236.810 129.511 H 263.276 263.276 263.276 286.702 173.794 71.333 228.270 148.983 4 (+25%) K 385.253 385.253 385.253 218.453 130.890 57.166 246.678 134.907 H 274.246 274.246 274.246 298.648 181.036 74.306 237.781 155.191 5 (+30%) K 400.663 400.663 400.663 227.191 136.125 59.452 256.545 140.303 H 285.216 285.216 285.216 310.594 188.277 77.278 247.293 161.398
3.3.3.3. Tốc độ khu đoạn của đầu máy
Các phương án tính toán với tốc độ khu đoạn trung bình ngày đêm của đầu máy được thiết lập trên cơ sở số liệu thống kê ở thời điểm hiện tại, tức là theo trị số trung bình trong giai đoạn 2015 -2020 (Vkd +%) cộng với mức gia tăng trưởng từ
nay đến năm 2030 lần lượt là 10, 20, 25 và 30%.
Các phương án thông số đầu vào loại 2 theo tốc độ khu đoạn của của đầu