عباس قربانعلی بیک: در مهندسی حمل و نقل ریلی، که بهینه سازی سرعت، زمان سیر، ظرفیت باربری نقش اساسی در هزینه و برنامه ریزی عملیات دارد، ابزارهایی برای تحلیل مورد نیاز است که از مفیدترین آنها، نمودار نسبت توان به وزن ناخالص (Power-to-Weight Ratio =PWR) در برابر زمان سیر بر حسب سرعت های مختلف است (تصویر 236 کتاب سیاه، Application of Diesel-Electric locomotives ). 

این نمودار یک مدل شبیه ساز پویا است که تأثیر تصمیمات مدیریت ناوگان، طراحی مسیر و برنامه ریزی عملیاتی را به وضوح نشان می دهد. اهمیت تهیه و تحلیل این نمودار برای مسیرهای مختلف (کوهستانی، دشتی، پرترافیک) و انواع قطارها (سریع السیر مسافری، باری سنگین، ترکیبی) از اینجا ناشی می شود که به مهندسان و مدیران اجازه می دهد پاسخ چند سوال مهم را همزمان بیابند: برای رسیدن به یک زمان سیر مشخص (به ویژه در قطارهای مسافری) در یک مسیر معین، به چه قدرت و سرعتی نیاز داریم؟ با توان موجود، چه سطحی از خدمات (سرعت و زمان) را می توان ارائه داد؟ نقطه تعادل و بهینه عملکرد قطار کجاست؟

این نمودار رابطه پویای میان سه متغیر اصلی را ترسیم می کند:

1) محور عمودی (Y)، نسبت توان به وزن ناخالص (PWR): این شاخص، معمولا بر حسب کیلووات بر تن (kW/t) یا اسب بخار بر تن بیان می شود و نشان دهنده توان پیشرانه لوکوموتیو(ها) یا توان نصب شده در قطارهای خودکشش مسافری به ازای هر واحد وزن کل قطار (شامل لوکوموتیو، واگن ها و محموله) بوده و مستقیماً با توانایی شتاب گیری و غلبه بر مقاومت فراز، مقاومت آئرودینامیک ... مرتبط است.

2) محور افقی (X): زمان سیر (Time in Motion): مدت زمان فعال حرکت قطار از مبدأ تا مقصد، بدون احتساب توقف های میانی.

3) گروه منحنی ها: سرعت های مختلف: هر منحنی در نمودار، نمایش دهنده یک سرعت متوسط یا هدف مشخص (مثلاً ۱۰۰، ۱۳۰، ۱۶۰ کیلومتربرساعت) است.

رابطه کلی به این صورت است: بین PWR و زمان سیر یک رابطه معکوس و غیرخطی حاکم است. برای کاهش زمان سیر (حرکت به سمت چپ نمودار)، نیاز به افزایش نسبت توان به وزن یا PWR قطار (حرکت به سمت بالای نمودار، از نسبت 1 به 19) داریم. 

در مسیر مورد نظر چندصد کیلومتری برای یک قطار (باری) با نسبت توان به وزن یک اسب بخار بر تن (مثلا 3000 اسب بر 3000 تن وزن قطار و لوکوموتیو، که مشابه قابلیت C30-7 در فراز 10 در هزار می باشد)، زمان سیر 400 دقیقه برآورد شده است (در این شرایط نقش سرعت حداکثر محسوس نیست) و با نسبت توان به وزن 2 اسب بخار بر تن (مثلا دو دستگاه لوکوموتیو U30C) با سرعت حداکثر 96، زمان سیر 340 دقیقه و با سرعت حداکثر 60 کیلومتر بر ساعت زمان سیر حدود 370 دقیقه شده و در مسیر خالی این قطار وزن به حدود 800 تن و نسبت توان به وزن به حدود 4 افزایش مییابد و زمان سیر حدود 360 دقیقه خواهد شد.

بر این اساس، زمان رفت و برگشت خالص یک قطار 3000 تنی با یک لوکوموتیو 3000 اسب 760 دقیقه و با دو دستگاه 730 دقیقه خواهد شد (با سه دستگاه حدود 720 دقیقه) و ملاحظه می شود با وجود افزایش 100 درصد و 200 درصد نسبت توان به وزن قطار، زمان سیر خالص یک دور رفت و برگشت فقط 4 درصد و 5 درصد کاهش مییابد که با همین استدلال پیشنهاد افزایش کشش 50 درصدی لوکوموتیوهای GT26 در 1369 ارائه گردید (تین 158010) و سپس برای U30C و C30-7 به میزان 100 و 190 درصد اعمال شد.

این منطق یکی از دلایل اصلی رویکرد افزایش کشش و کاهش نسبت توان به وزن قطارها در آمریکا، استرالیا ... به دلیل سنگین بودن وزن قطارها تا 15000 تن و بالاتر است (تین 290048) که به دلیل تاثیر بر کاهش ظرفیت شبکه برای ما صلاح نیست (تین 299048) و به همین دلیل توان لوکوموتیوهای دیزل 5000 اسب تاثیر 50 درصدی بر افزایش ظرفیت شبکه دارد (تین 292783).              

 در اوایل دهه هفتاد به ویژه پس از تحقق رشد دو رقمی بار و آغاز دوخطه کردن تهران مشهد (تین 74225)، برای کاهش زمان سیر قطارهای مسافری، بررسی هایی از اوایل دهه 70 به عمل آمد و تاثیر گزینه های مختلف ممکن مانند افزایش سرعت، افزایش توان به وزن با افزایش تعداد لوکوموتیو یا کاهش تعداد واگن (نمودار 20)، کاهش ایستگاه ها (تین 234095) ... با استفاده از برنامه شبیه ساز نوشته شده توسط کارشناسان اداره کل کشش مورد ارزیابی قرار گرفت (نتیجه خلاصه: با 14 واگن 8 ساعت و با 7 واگن 7 ساعت).

شبیه سازی یک و دو لوکوموتیو با توان 2400 و HEP در خط تهران مشهد نیز تقریبا مشابه همین نتایج را می دهد (تین 284054).