Использование технических средств транспорта – вагонов, локомотивов, постоянных технических средств основывается на техническо обоснованных нормах, характеристиках подвижного состава, пути, средств АТС с учетом обеспечения надежности и безопасности движения поездов и маневровой работы. Интенсивные технологии перевозочного процесса, внедрения достижений научно – технического прогресса, использование передового опыта – все это факторы, на основе которых должно основываться эффективное использование технических средств транспорта.
Рассчитываются следующие показатели технических средств, повышение которых имеет большое значение для экономически эффективной работы с учетом и соблюдением нормативно – технических ограничений на предельные нагрузки, которые могут допускаться на вагоны, локомотивы, путь и различные устройства.
Статическая нагрузка – нагрузка на вагон от погруженного груза. Различают единичную статическую нагрузку конкретного вагона, т
Рi=Pni 
Pi,
где Pni – норма выгрузки i – го типа вагона по его конструктивной несущей способности, т; + Pi – допустимый перегруз вагона, не угрожающий безопасности движения или недогруз, если полностью не используема грузоподъемность, т; n – число типов подвижного состава – крытых, платформ, полувагонов и т.д.
Для анализа степени использования грузоподъемности вагонов за определенный период времени рассчитывают среднюю статическую нагрузку отдельных типов вагонов и всех погруженных вагонов на станции, отделении, дороге, сети, т/вагон:
ст= 
,
где 
– суммарная масса погруженных грузов по рассматриваемому подразделению за анализируемый период времени, т; 
– число погруженных вагонов за тот же период времени.
Для легковесных грузов наряду со статической нагрузкой определяют коэффициент использования объема груза – отношение геометрического объема погруженного груза к объему кузова вагона. Чем ближе значение этого коэффициента к единице, тем лучше использовано полезное пространство вагона.
Рассчитывают среднюю динамическую нагрузку груженых вагонов, которая определяется с учетом их пробега в среднем за сутки, т:
д= 
,
где 
– пробег груженых вагонов по анализируемому подразделению, вагоно – км.
Рассчитывают так же динамическую нагрузку вагонов рабочего парка с учетом пробега порожних вагонов. Пробег порожних вагонов рассматривается как технологически необходимый пробег, если в пункте выгрузки нет груза для отправки в выгруженных типах вагонов, если выгрузка произошла из специализированного подвижного состава или если выгруженные вагоны в обязательном порядке по государственному заданию (регулировочное задание) направляются в пункт погрузки для отправки более срочных и необходимых грузов, т:
до= 
= 
+ 
,
где 
– общий суточный пробег вагонов, вагоно – км; α – коэффициент порожнего пробега – отношение порожнего пробега к груженому;
α=(
/ 
).
Естественно, коэффициент порожнего пробега сокращает динамическую нагрузку, поэтому величина порожнего пробега должна быть технологически и экономически оправданной. Для его сокращения в максимально возможной степени должна использоваться загрузка порожних вагонов в попутном для следования порожних вагонов направлении.
Производительность вагона – полезная работа, которую совершает в среднем вагон рабочего парка в единицу времени (сутки), т*км нетто/вагон:
W в= 
,
где 
– среднесуточный пробег вагона, км;
= 
,
– рабочий парк вагонов (сети, дороги, отделения).
Для увеличения производительности вагонов необходимо, в одной стороны сокращать простои, увеличивать скорость передвижения вагонов и, с другой, улучшать использование его грузоподъемности. Причем, меры увеличения производительности вагонов должны соответствовать экономической эффективности работы коллективов транспорта.
Производительность локомотива – полезная работа, которую выполняет локомотив за единицу времени (сутки). Производительность локомотивов, как и вагонов, зависит, с одной стороны, среднесуточного пробега локомотивов рабочего парка (сети, дороги, отделения) и, с другой стороны, от средней массы поезда, которая приходится на локомотив рабочего парка. Производительность локомотива измеряется в т*км брутто (учитывается масса поезда брутто).
Среднесуточный пробег локомотивов, км/сут:
л= 
, (1.3)
где 
– пробег за сутки, локомотиво – км; 
– рабочий парк локомотивов, занятый на всех видах поездной работы, в том числе локомотивы холостого (резервного) пробега, занятые в подталкивании поездов и др.
Средняя масса проведенных за сутки поездов, т:
бр= 
, (1.4)
где 
– пробег брутто (с учетом массы вагонов), т*км.
Используя формулы (1.3) и (1.4), определим среднюю производительность локомотивов рабочего парка, т*км брутто/локомотив:
W л= л бр ,
На железнодорожном транспорте работает система учета исходных параметров, которые сопряжены с текущим (ежесуточным) месячным, квартальным, полугодовым и годовым анализом и расчетом пробегов вагонов и локомотивов, показателем их использования, поскольку от них зависят конечные результаты деятельности подразделений транспорта и отрасли в целом – удовлетворение потребностей народного хозяйства в перевозках, затраты на перевозочный процесс и прибыль от перевозок.
Оборотом вагона называется время выполнения цикла операций от момента начала погрузки груза до момента следующего начала погрузки в тот же вагон. Этот цикл включает: погрузку вагона, его уборку с грузового фронта, маневры по формированию передаточного поезда, его передвижение с грузовой станции на сортировочную, расформирование на сортировочной станции. Затем вагон простаивает в ожидании накопления на полный состав поезда попутного назначения, следует с этим поездом, простаивая на технических станциях при смене локомотивов. На отдельных сортировочных станциях поезд, в котором следует рассматриваемый вагон, может расформировываться, и этот вагон попадает в другой поезд попутного назначения и, наконец, на грузовую станцию (станцию выгрузки, она не всегда может быть собственно грузовой); подается к фронту выгрузки, выгружается, затем следует, как правило, в порожнем состоянии к станции погрузки. Это далеко не полный перечень операций и процессов, которые проходит вагон за время своего оборота. В зависимости от дальности следования вагона, типа станций погрузки и выгрузки перечень этот изменяется. Определение времени оборота вагона дано применительно к конкретному вагону.
Точку начала отсчета времени выполнения операций можно выбрать по схемам: «конец погрузки – конец следующей погрузки», начало следующей погрузки», «начало выгрузки – следующей выгрузки» и т.д. Важно, цикл операций был замкнутым и чтобы за время своего оборота вагон выполнил одну народнохозяйственную перевозку.
Выполнение цикла операций в полном объеме за время оборота, включая погрузку и выгрузку, характерно для замкнутой сети железных дорог без учета вагонов, принимаемых с иностранных дорог, которой отсутствует поступление или сдача вагонов на другие дороги.
Рис.2.6. Схемы прохождения вагонами расстояний за время оборота от станции погрузки до станции следующей погрузки
На рисунке 2.6 показаны схемы расстояний, проходимых вагоном за время оборота. Расстояние следования вагона за время оборота в груженом состоянии принято называть груженым рейсом l гр. За время груженого рейса вагон, как правило, проходит несколько технических станций, где происходит смена локомотивных бригад и локомотивов; на некоторых из них поезда расформировываются, и вагоны поступают в переработку для последующего отправления в других поездах. Расстояние следования вагона за время оборота в порожнем состоянии называется порожним рейсом l пор. Если на станции выгрузки происходит и погрузка вагона, l пор= 0. Таким образом, время оборота вагона, ч:
v=v (Σt погр, Σ t пути следов, Σ t выгр),
где Σ tпогр – продолжительность цикла операций на станции погрузки, ч; Σ tвыгр – то же на стации выгрузки, ч; Σ tпути следов – суммарное время в пути следования в процессе прохождения груженого и порожнего рейсов, ч;
Σ t пути следов= f (l гр+ l пор).
В свою очередь, Σ t пути следов состоит из трех составляющих времени в движении в составе поездов по железнодорожным участкам Σ t дв, времени простоев на станциях в составах поездов, которые проходят транзитом без переработки Σ t тр и времени простоев на станциях, на которых они поступают в переработку, переформирование Σ t пер.
Рис.2.7. Схема груженого и порожнего рейсов за время оборота вагона (остальные условные обозначения смотри на рис.2.6.)
Схема оборота конкретного вагона приведена на рис. 2.7. Вагон после погрузки шел поездом №2011 до станции переработки, далее поездом № 2205 до станции выгрузки и затем шел в порожнем состоянии поездом №2009 до станции последующей погрузки. Если допустить условно, что время следования по железно дорожным участкам t дв1+ t дв2+…+ t дв10= t дв, время простоя на технических станциях в транзитных поездах t тр1+ t тр2+…+ t тр7= t тр, то для рассматриваемого вагона оборота составит, ч:
v= t погр+ 10 t дв+ t пер+7 t тр+ t выгр,
Анализ оборота единичных вагонов делается лишь в редких случаях. Для оценки уровня организации перевозочного процесса необходимо знать среднестатистический оборот вагона рабочего парка. Поэтому и все элементы оборота вагонов определяются на основании данных учета и отчетности также как среднестатистические величины. Это целесообразно в силу массовости циклов оборота вагонов в перевозочном процессе.
Для определения времени нахождения вагонов в пути следования в груженом, порожнем состоянии или в общем рейсе, который проходит вагон за время оборота, необходимо знать скорости движения поездов по участкам.
Различают несколько видов скоростей. В общем виде скорость движения поездов, км/ч: V= d S/ d t.
Средняя ходовая скорость на железнодорожной линии, км/ч, представляет собой скорость, определенную только с учетом «чистого» времени хода поезда по железнодорожным участкам (без учета времени на разгоны и замедления):
где L – длина железнодорожной линии, км,
;
li – длина железнодорожного участка, км; T x – время хода поезда по линии (без разгонов, замедлений и стоянок), ч;
;
ti – время хода поезда по участку, ч;
n – число участков.
Средняя техническая скорость движения поезда с учетом времени хода, времени на разгоны и замедления, но без учета времени стоянок, км/ч:
,
где Σ t рз – сумма времени на разгоны и замедления (i =1, 2…, k), если поезд имел k стоянок.
Техническая скорость используется при анализе времени оборота вагонов, причем V т < V х.
Средняя участковая скорость – скорость движения поезда по железнодорожному участку, учитывает время хода, время разгона и замедления и время стоянок на промежуточных станциях (раздельных пунктов) участков. Средняя участковая скорость по n участкам, км/ч:
,
где tст i – среднее время стоянок на промежуточных станциях, ч.
График кривой t=ƒ(l) по участку приведен на рис. 2.8.
Рис. 2.8. График кривой t = f (l)по участку А – Д
Если сделана выборка из графиков исполненного движения (по кривым t = f(l)), то средняя участковая скорость на n участках, км/ч:
,
где T ij – время хода j – го поезда по i – му участку, ч; j = 1,2, …, N; i = 1,2,…, n; N ij - число поездов, прошедших за сутки по i – му участку, j= 1,2,…,N.
Маршрутная скорость определяется как средняя скорость на всем пути следования маршрута L от станции его формирования с учетом полного его времени хода, в том числе стоянок на участковых и сортировочных стациях, км/ч:
Все виды скоростей используются при разработке графика движения поездов, анализе времени оборота вагона, характеристик перевозочного процесса, а также в технико-экономических расчетах при обосновании пропускных и провозных способностей и в других целях.
Среднее время операций, которое проходит вагон рабочего парка, а время своего оборота, можно определять расчетом статистических данных по укрупненным трем, пяти и более элементам, а также по одночленной формуле. При расчете по трем и более элементам необходимо определить среднее расстояние груженого, порожнего и общего рейсов вагона.
Груженый рейс в среднем составляет, км:
;
порожний
;
общий
где ∑nSгр - груженый пробег, вагоно – км; ΣnSпор- порожний пробег, вагоно – км; U - число погруженных вагонов за сутки с учетом принятых (перегруженных) вагонов с иностранных дорог за сутки.
Время оборота можно расчленить на три составляющие.
При известной средней участковой скорости первая составляющая – время нахождения вагона в поездах на участках – в среднем составит:
По статистическим данным определяется также средний простой вагона на одной технической станции (по станциям, где поезда проходили транзитом и по станциям, где они перерабатывались tтехн. Кроме того, рассчитывается среднее число технических станций, которое проходит вагон за время своего оборота Ктехн. Тогда укрупненно вторая составляющая времени оборота вагонов:
При определении времени простоя вагонов на станциях погрузки и выгрузки исходят из следующих обобщений. Определяют среднее время простоя вагона на одну грузовую операцию, считая и стацию погрузки, и станцию выгрузки. Причем, на грузовую операцию относят не только собственно время погрузки или выгрузки, а общее время простоя местного вагона, технологического процесса, в том числе обработку по прибытию и отправлению и т.д. Если считать условно груженые вагоны, принятые с иностранных дорог как погруженные, сданные на иностранные дороги как выгруженные, то на каждые погруженный вагон в среднем по сети за время оборота вагонов. Тогда третья составляющая времени оборота, простой на станции погрузки и выгрузки составит:
,
где 
– среднее время простоя местного вагона на станциях погрузки и выгрузки, в среднем приходящееся на одну грузовую операцию, ч.
Время оборота вагонов рабочего парка для сети железных дорог в целом, сут:
При известных значениях рейса и оборота вагона легко определить среднесуточный пробег вагона, характеризующий скорость его продвижения, км/сут:
Зная работу сети – суточную погрузку U, определим потребный рабочий парк вагонов для удовлетворения экономики страны в перевозках:
.
Если на сети железных дорог имеется наличный исправный рабочий парк грузовых вагонов nн, то число вагонов, которое может быть подано под погрузку за сутки, составит
.
Следовательно, чем меньше время оборота вагонов, тем больший спрос народного хозяйства в перевозках можно удовлетворить одним и тем же рабочим парком. Например, если наличный парк эксплуатируемых вагонов составляет 1,3 млн. вагонов, при обороте вагона 7 сут спрос потребителей можно удовлетворить 185 700 вагонами, если оборот вагона ускорить на 0,5 сут, этот же спрос уже удовлетворяется 200 000 вагонами.