669

Рис. 5.12. Зависимость сопротивления изоляции балласта от температуры и влажности

Однако в практических условиях минимальное значение сопротивления балласта наблюдается при некоторых критических значениях влажности и температуры среды, с дальнейшим возрастанием температуры более 25 °С сопротивление балласта возрастает, что можно объяснить ускоренным испарением влаги, а следовательно, непрерывным изменением степени влажности шпал и балласта [104].

Зависимость сопротивления балласта от температуры, построенная по опытным данным для влажности песчаного балласта, приближенно может быть описана выражением

где r2(φ) — составляющая сопротивления изоляции, зависящая от категории влажности φ, Ом·км; а = 3,6·10– 3 — постоянный коэффициент, зависящий от рода балласта, Ом·км/°С2; tк — критическая температура 25±2 °С.

Вид функции (5.24) обусловлен нелинейной зависимостью скорости протекания электрохимических реакций в элементах электронной и ионной проводимостей от температуры среды. Известно, что их протекание в элементах рельсовых цепей представляет собой сложный процесс, зависящий, кроме указанных выше факторов, от ряда других причин. Минимум сопротивления изоляции при данной влажности соответствует наиболее интенсивному протеканию электрохимических процессов и наблюдается при некоторой критической температуре (24–27 °С). При понижении температуры ход реакций замедляется, что вызывает рост сопротивления балласта. При температурах выше критической повышается роль окислительных процессов, способствующих образованию на переходах сред с разными проводимостями непроводящей окисной пленки, благодаря чему сопротивление изоляции несколько растет. С другой стороны, быстрое испарение влаги также увеличивает сопротивление балласта. Переход от мокрого состояния к сухому перемещает кривую rб на величину r2(φ1) – r2(φ2), мало изменяя ее вид.

Из изложенного вытекает, что, измеряя сопротивленце балласта при температурах, отличных от критической, для определения его минимального значения необходимо вносить поправку в результаты измерений с учетом температурного коэффициента данного вида балласта. Величина этого коэффициента ε ориентировочно может быть принята для песчаного балласта — 0,020, асбестового — 0,035, щебеночного — 0,05.

Например, если удельное сопротивление влажного песчаного балласта измерялось при 15 °С и был получен результат rби = 0,55 Ом·км, то действительное минимальное удельное сопротивление составит

rб min = rби [1 – 0,020(t – 25)] = 0,55 [1 – 0,020(15 – 25)] ≈ 0,44 Ом·км.

Очевидно, что безотказность работы рельсовых цепей зависит от состояния балласта в наихудших условиях, т.е. при критической температуре и средней влажности балласта (влажный балласт). Следовательно, и вероятность безотказности ее работы должна определяться с учетом распределения сопротивления балласта рельсовых цепей в этих условиях.

Обработка результатов измерений величин сопротивления балласта, проведенных при упомянутых выше условиях на ряде станций железных дорог, позволяет построить функцию плотности распределения вероятностей величин сопротивления балласта (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Плотность распределения сопротивления балласта

Неблагоприятно отражается на электрических свойствах балласта также загрязнение его солями, рудой и т.п. Динамические воздействия на путь вызывают дробление гранул балласта до порошкового состояния, на шпалах образуется механически прочный слой с относительно повышенной электрической проводимостью. Благодаря отмеченным свойствам, с течением времени асбестовый балласт в большей степени, чем щебеночный или гравийный, снижает удельное электрическое сопротивление (рис. 5.14).

133

5.7. Надежность работы токопроводящих стыков

Как известно, электрическое сопротивление рельсовых стыков — величина переменная и зависит от токопроводности стыкового соединителя и накладки [103–106]. Таким образом, стык имеет две параллельные цепи, электрическое сопротивление которых изменяется по различным законам. В силу этого происходит перераспределение тягового и сигнального тока между стыковым соединителем и накладкой.

Впоследние годы ведутся работы с целью обеспечить токопроводимость стыка «нормальным его содержанием». В качестве альтернативы выдвигается условие надежной затяжки болтов в стыке. Но его электропроводность через накладку зависит не только от степени натяжения болтов, а и от состояния контактируемых поверхностей накладка — рельс в различных эксплуатационных условиях. Для получения надежного электрического соединения в стыке необходимо использовать оба пути: надежный контакт между рельсами и накладками и надежный стыковой соединитель. Тогда токопроводящий стык будет представлять собой систему с резервом.

На параметры стыков и соединителей влияют следующие показатели:

– нормативная величина электрического сопротивления, устанавливаемая для длины целого рельса в зависимости от типа;

– надежности работы рельсовых цепей в различных режимах;

– предельная температура нагрева провода (соединителя);

– падение напряжения в обратной цепи контактной сети.

Были проведены исследования с целью определения полного и переходного сопротивления соединителя,

атакже распределения тока по накладке и соединителю в зависимости от величины сигнального тока, протекающего по рельсовому стыку. Измерения проводились на макете токопроводящего стыка, состоящего из двух отрезков рельсов типа Р65, соединенных двумя накладками и типовым приварным соединителем.

Врезультате исследований установлено для постоянного тока:

–электрическое сопротивление соединителя составляет — (70–80)·10–6 Ом;

–электрическое сопротивление накладок — (14–20)·10–6 Ом;

–переходное сопротивление: соединитель — рельс — (35–40)·10–6 Ом;

–переходное сопротивление: накладка — рельс — 2·10–6 Ом. Для переменного тока:

–сопротивление соединителя за счет индуктивной составляющей выше, чем для постоянного тока, и составляет

всреднем (250–300)·10–6 Ом; т.е. находится в пределах установленной в настоящее время нормы;

–величина тока, протекающего через соединитель, составляет 10 % от общего тока, проходящего через стык.

Данные лабораторных исследований подтверждены результатами измерений в реальных рельсовых цепях на грузонапряженных участках дорог. При этом выявлено, что в середине фидерной зоны токи, протекающие в рельсах одного пути, составляют различные величины, а в горловине станции их величины отличаются лишь в момент прохода поезда. Условие равенства токов в рельсах одного пути в горловине станции (в непосредствен-

ной близости от дроссель-трансформаторов) использовалось при замере сопротивления стыков и стыкового соединителя, величины которых изменяются в широких пределах и составляют соответственно (45–750)·10–6 Ом и (250–410)·10–6 Ом. Следует отметить, что в эксплуатационных условиях сопротивление стыка может намного превышать указанную величину 750·10–6 Ом, что показывает на его ненадежность.

В процессе эксплуатации стыковые соединители могут подвергаться воздействию тяговых токов при следующих временных режимах:

–длительный режим, определяемый средним значением тока за часовой период;

–кратковременный режим, определяемый временем прохождения тяговых токов повышенной величины [105].

Во всех случаях худшими условиями, когда через стыковые соединители проходит максимальный ток,

будут зимние условия работы рельсовых цепей при rб = rб max, т.е. когда токи утечки минимальные. Измерения, проведенные непрерывно в течение 8 ч в период максимальных нагрузок на фидерной зоне,

показали, что средняя величина тока, протекающего в рельсах, не превышает 700 А, а через соединитель — 30 А. При кратковременном режиме через стыковые соединители проходят тяговые токи повышенной величины. Были зафиксированы максимальные значения тока в рельсах, равные 1280 А, а в стыковом соединителе — 54 А. Однако такие токи действуют в течение короткого промежутка времени, исчисляемого секун-

дами.

При повышении сопротивления стыка более 750·10–6 Ом следует считать его ненадежным. Можно считать, что критическим для соединителя является режим кратковременного нагрева, для которого допустимой температурой является величина θ = 250–300 °С.

Для достижения оптимального уровня надежности системы необходимо, по меньшей мере, на порядок понизить количество отказов по отдельным ее элементам, имеющим низкую надежность.

Наиболее удобно надежность стыков и стыковых соединителей характеризовать средней частотой отказов, 1/год

135

5.9. Группа задач по повышению надежности рельсовых цепей

Результаты анализа позволяют сформулировать четыре группы задач, решение которых позволит повысить надежность функционирования устройств СЦБ в целом и рельсовых цепей в частности.

Организационные, призванные упорядочить процесс обслуживания рельсовых цепей и четко регламентировать его.

Нормативные, которые наряду с организационными позволят эксплуатационному штату применять стандартные процедуры обслуживания, усилят контроль за техническим состоянием рельсовых цепей, дадут возможность более точно и своевременно отслеживать отказы, сбои и отклонения параметров рельсовых цепей.

Технические, направленные на совершенствование качества функционирования как элементов рельсовых цепей, так и рельсовых цепей в целом на основе утвержденных и вновь разрабатываемых технических решений.

Инновационные, при необходимости обеспечивающие функционирование устройств СЦБ на основе методов, альтернативных рельсовым цепям, а также комбинированных.

Организационные и нормативные задачи

Уже сейчас действует ряд принятых департаментом организационных мер. Установлен и реализуется на практике порядок немедленного и ежесуточного доклада о допущенных отказах, причинах и принятых мерах по цепочке ШЧ – Ш – ЦШ. В оперативном порядке начато заслушивание руководителей служб автоматики и телемеханики дорог о допущенных за сутки отказах рельсовых цепей, сбоях АЛС, САУТ и принятых мерах. Решение оперативных задач в таком режиме будет еще более успешным при участии в данных мероприятиях департаментов ЦП, ЦЭ и ЦТ.

С целью усиления мер по профилактике отказов организован учет обнаруженных в ходе регламентных проверок отступлений от норм содержания. В дальнейшем такая система профилактики будет реализована в автоматизированном режиме, что позволит сосредоточить усилия руководителей всех уровней на устранении предотказного состояния устройств. Внедряются системы технической диагностики, имеющие электронный архивируемый протокол событий.

Проведенный анализ работы рельсовых цепей свидетельствует о необходимости более строгой регламентации параметров элементов рельсовых цепей и процедур обслуживания, особенно на стыке двух хозяйств. Все нарушения и отказы в работе должны быть упорядочены, фиксироваться в автоматизированной системе АСУ-Ш. Это позволит более детально анализировать работу рельсовых цепей, вплоть до элементов, и на основании этого анализа разрабатывать адекватные мероприятия и рекомендации по эксплуатации устройств в различных условиях. Назрела необходимость отраслевой стандартизации как параметров элементов рельсовых цепей, так и процедур обслуживания и технического ремонта.

В этом аспекте наиболее важной задачей становится разработка корпоративного стандарта ОАО «РЖД» «Техническое обслуживание и ремонт устройств контроля свободности участков пути, элементов обратной тяговой сети, путевых устройств АЛСН, САУТ, автоматической переездной сигнализации». Кроме этого, целесообразно реализовать еще ряд мер. Так, для сравнительного анализа рельсовых стыковых соединителей и изолирующих стыков различных типов следует провести их подконтрольную эксплуатацию на различных участках дорог сети при различной интенсивности движения, видах тяги и климатических условиях. По ее результатам разработать и направить на сеть железных, дорог распоряжение об области применения тех или иных стыков. Необходимо разработать технические требования к рельсовой накладке и рельсовому стыковому соединителю с учетом механических, климатических и электрических параметров. Предстоит разработать или откорректировать нормативные показатели на:

–сопротивление сборного токопроводящего стыка на электрифицированных участках железных дорог постоянного и переменного тока;

–допустимый уровень асимметрии тягового тока для всех типов дроссель-трансформаторов;

–допустимый уровень намагниченности торцов и участков рельсов;

–допустимый уровень сопротивления балласта и шпал, а также элементов рельсошпальной решетки;

–допустимый уровень сопротивления заземлений опор контактной сети сигнальному и тяговому току;

–допустимый уровень утечки сигнального и тягового тока с рельса в землю через заземление конструкции опор контактной сети;

–допустимую температуру нагрева всех элементов тяговой рельсовой сети.

Необходимо организовать постоянный входной контроль качества поставляемого оборудования ЖАТ, осуществлять квалифицированный отбор изготовителей, обеспечивающих поставку сертифицированной и качественной продукции (в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО-9000-2001, 9001-2001, 9004-2001, 9011-2003). Следует внедрить контроль сопротивления изоляции всех элементов рельсошпальной решетки на базах ее сборки. Предстоит ввести в опытную эксплуатацию автоматизированную систему учета и устранения выявленных отступлений от норм содержания электрических и механических параметров устройств СЦБ, а также выполнения технологических операций. Целесообразно также, в порядке эксперимента, организовать на сети дорог соревнование по снижению количества отказов рельсовых цепей, сбоев и выключений устройств автоматической локомотивной сигнализации (АЛС).

137

Технические меры

Как уже отмечалось, наиболее подверженным отказам элементом является изолирующий стык. В силу технических ограничений отказаться от их использования сейчас не представляется возможным, особенно на раздельных пунктах. В качестве технических мер можно предложить отказ от изолирующих стыков там, где это возможно (например, на перегонах, в составе которых нет стрелочных переводов), и совершенствование технологий изготовления изостыков на основе современных материалов.

Отсутствие регламентных процедур по измерению остаточной намагниченности рельсов, наличие нелинейных зависимостей намагниченности от протекающего тока еще более осложняют ситуацию. В этом случае необходимо не только нормировать параметр намагниченности, но и тщательно проработать вопрос о замыкании магнитного потока, создаваемого двумя торцами рельсов не по воздуху, а через изостык. Это означает, что необходимо стремиться к созданию материала изостыка с высокими показателями магнитной проницаемости электрического сопротивления, механической прочности и пластичности, с хорошим уровнем адгезии для обеспечения поверхностного контакта. В качестве дополнительного средства контроля работы изостыка следует разработать и внедрить прибор для измерения остаточной намагниченности торцов рельсов.

Также большая доля отказов рельсовых цепей приходится на стыковые соединители. В настоящее время разработаны и внедряются новые типы стыковых соединителей, а именно: штепсельные, пружинные, шабернопружинные, тарельчатые. Наряду с организационными мерами по нормированию параметров стыковых соединителей применение новых типов соединителей позволит снизить число отказов рельсовых цепей. В качестве альтернативных решений следует рассмотреть возможность увеличения длины сварных плетей вплоть до блок-участка или перегона.

Большая доля отказов аппаратуры рельсовых цепей приходится на выход из строя из-за влияния внешних факторов, особенно при возникновении перенапряжения на входах и выходах аппаратуры за счет атмосферных явлений и деградации изоляции от силовых цепей. Разработанные и внедренные в последнее время элементы защиты (КЗУ РШ, ЗФ-220 и т.д.) позволяют в определенной мере снять остроту вопроса, но для более эффективной защиты требуется улучшение устойчивости самой аппаратуры рельсовых цепей к воздействию перенапряжений и, естественно, дальнейшее совершенствование элементов защиты.

Развитие технических и технологических средств, совершенствование элементной базы позволяют ставить и решать задачи создания аппаратуры рельсовых цепей нового поколения на основе цифровой обработки сигналов. По инициативе департамента разработаны и проходят подконтрольные испытания цифровое импульсное реле ИВГ-Ц, приемник тональной рельсовой цепи. Конечно, внедрение современных технических средств потребует определенных финансовых затрат, однако их преимущества неоспоримы.

Инновационные меры

Эффективность улучшения работы рельсовых цепей не всегда может оказаться достаточной, поэтому представляется целесообразным рассмотреть альтернативы рельсовым цепям, позволяющие избавиться от недостатков с сохранением и даже повышением уровня безопасности.

Аппаратура на основе счета осей. Наиболее распространенной альтернативой рельсовым цепям для определения свободности/занятости блок-участков является метод счета осей. Информация, получаемая этим методом, не зависит от сопротивления балласта и его сезонного изменения. Появляется возможность использования любого типа шпал, включая металлические.

Кдостоинствам этого метода относятся также простота организации блок-участков произвольной длины, поскольку информация передается, только по кабелю без перехода в рельсовую линию. При работе счетчиков осей не используются наиболее проблемные элементы РЦ (соединители, изолирующие стыки, дроссельтрансформаторы). Уменьшается энергопотребление по сравнению с аппаратурой рельсовых цепей, сравнительно просто обеспечивается полное резервирование устройств.

Комбинированный метод счета осей и рельсовых цепей. На сегодняшний день представляется целесообразным объединение систем на основе счетчиков осей с системами на основе рельсовых цепей. Такой комбинированный метод даст возможность организовать межсистемное резервирование определения свободности/занятости блок-участков, реализовать канал передачи информации на локомотив.

Ксовременным и перспективным методам и системам, которые могут быть использованы как альтернатива рельсовым цепям, можно отнести акустические, пьезоэлектрические методы, системы зондирования целостности рельсов и др. Все это требует серьезной научной проработки, так как все эти методы имеют как достоинства, так и недостатки.

Проведенный анализ работы рельсовых цепей позволяет сформулировать конкретные задачи, решение которых будет способствовать повышению степени надежности и безопасности движения. Дальнейшее развитие инфраструктуры должно идти в двух направлениях. Первое заключается в максимально полном использовании имеющегося технического ресурса дорог при повышении роли организационного фактора. Это позволит своевременно и в полном объеме получать материалы по работе технических средств, иметь исчерпывающую картину по происходящим сбоям и отказам (вплоть до конкретной рельсовой цепи), проводить автоматизированный сбор и обработку информации.

В качестве второго направления следует на основе имеющегося опыта эксплуатации и анализа потребностей сети дорог проводить поэтапное внедрение научно-технических достижений, выполненных в рамках НИОКР.

138

Это позволит постепенно сформировать новый уровень работы устройств ЖАТ с повышенной отказоустойчивостью и степенью безопасности движения.

На наш взгляд, необходимо принятие целевой программы, предусматривающей неотложные и перспективные плановые мероприятия на период до 2010 г. и направленные на радикальное повышение надежности работы рельсовых цепей и устройств железнодорожной автоматики в целом.

6. ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ В КРИВЫХ ПО ДИНАМИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

6.1. Общие положения

Одной из актуальных проблем, напрямую влияющих на безопасность движения поездов, является состояние рельсовой колеи. В настоящее время состояние рельсовой колеи оценивается по геометрическим параметрам: просадкам, перекосам, отступлениям по уровню и стрелам изгиба колеи в плане. В последние годы состояние пути в кривых оценивается также по динамическим показателям: непогашенному центробежному ускорению αн, рассчитываемое по усредненным значениям радиуса кривизны пути R(x) и возвышения наружного рельса h(x), а также скорости изменения непогашенного ускорения ψ(x), определяемое по данным αн в соседних точках. При этим рассматриваются не мгновенные, а усредненные значения кривизны на скользящем отрезке пути длиной 50 м, а значения уровня на отрезке 40 м. Полученные значения αн и ψ сравниваются с допустимыми значениями [αн] и [ψ] и по ним определяются допускаемая скорость движения.

Суть наших предложений состоит в том, что значения αн и ψ определять с шагом 2 м. По этом показателям оценивать состояние пути, уточнив значения [αн] и [ψ], рассчитывать в каждой точке рамные силы, коэффициент запаса устойчивости колеса на рельсе как груженых, так и порожных вагонов с учетом продольных динамики поезда.

Этот метод особенно важен для оценки условий безопасности движения короткобазных грузовых вагонов, особенно порожных цистерн и вагонов бункерного типа, имеющих высокий центр тяжести и большую частоту собственных колебаний. Для этих вагонов опасны короткие неровности длиной 2–4 м, вызывающие резонансные колебания.

Выходными формами путеизмерителя будут: положение рельсовых нитей в плане (кривизна); по уровню; непогашенное ускорение αн и скорость его нарастания ψ, продольные силы в поезде, а также коэффициент запаса устойчивости колеса на рельсе. Эти данные позволят находить опасные для движения поездов кривые участки пути.

Геометрические и динамические показатели состояния рельсовой колеи в кривых служат основой для установления допускаемых скоростей движения поездов [107].

Представленная в технических указаниях [108] методика расчета допускаемых скоростей движения в кривых ориентирована на ручную обработку путеизмерительных лент и не учитывает возможности бортовых автоматизированных систем вагонов-путеизмерителей. Однако об этой особенности в документе четко не сказано. Контроль переходных кривых, осуществляемый в настоящее время согласно Инструкции [109] только в точках несовпадения отводов возвышения наружного рельса кривой и кривизны, не позволяет правильно определять допускаемую скорость, что может негативно отразиться на безопасности движения поездов.

Яркой иллюстрацией необходимости сплошного контроля кривой (не реже чем через 2 м) служит метод непрерывного вычисления скорости нарастания непогашенного ускорения и скоростного нарастания в пределах всей кривой, реализованный в ВПС ЦНИИ-4 [108].

6.2. Критерии плавности движения поездов, комфортабельности езды пассажиров

Первые исследования по подготовке железных дорог к введению скоростного движения поездов в СССР и за рубежом были проведены еще до Второй мировой войны. В этот период появились предложения по оценке плавности движения пассажирских поездов с помощью так называемых критериев комфортабельности пассажиров. Тогда были введены критерии ограничения полных н непогашенных поперечных ускорений α, м/с2, (Галлад, Фогель, Шрам) и изменений этих ускорений во времени ψ, м/с3, введенных в рассмотрение еще в 1921 г. Шортом [110].

Непогашенные возвышением наружного рельса поперечные ускорения определяются по формуле

где v — скорость движения, км/ч; R — радиус кривой, м; h — фактически установленное в кривой возвышение наружного рельса, мм; S — расстояние между осями рельсов, мм; g — ускорение свободного падения, м/с2.

Соответственно рассматривают и значения критерия ψ, представляющие собой производную по времени от αн:

139

Если радиус и возвышение наружного рельса в кривой являются постоянными, то ψ равно нулю. Для переходных кривых при прямолинейном отводе возвышения и кривизны формулы (6.1 и 6.2) примут вид:

где l — текущая дуга переходной кривой; l0 — длина переходной кривой.

Точное определение поперечных ускорений и их изменение во времени рассмотрено в работах [109–112]. Величина этих критериев зависит от выбора схемы экипажа и положения точки в экипаже, для которой определяются критерии.

Так, величина поперечных непогашенных ускорений будет разной, определяется ли она на колесной паре (буксе) или в кузове экипажа αêí . За счет крена кузова на угол β величина αêí будет отличаться от величины

ускорений, определяемой или измеряемой на буксе αн, на величину gβ.

Выражая угол β через угловую жесткость рессорного подвешивания θ, вес кузова Qк, расстояние центра тяжести кузова от осей колесных пар hц и величину αí , получим

И наоборот, в экипажах, которые могут при прохождении кривой иметь принудительный крен внутрь кривой γ, величина αêí соответственно будет меньше αн:

Величина допускаемых значений αн колеблется в пределах 0,4–1,0 м/с2, а величина ψ = 0,3–1,1 м/с3.

ВСССР экспериментальные исследования по определению допускаемых значений этих критериев проводились в ЦНИИ МПС [113], Ленинградском (ЛИИЖТе) и Днепропетровском (ДИИТе) институтах железнодорожного транспорта [114].

Всвязи с постройкой скоростной линии Нью-Токайдо в Японии были проведены специальные опыты, при которых было установлено влияние на допускаемое значение αн длительности действия этих ускорений.

Вопытах, проведенных на французских железных дорогах, было установлено влияние количества воздействий этих ускорений, приводящих к утомлению пассажиров при длительной езде. Отдельные авторы

[115] считают необходимым ограничивать величины αн как направленные наружу, так и внутрь кривой. Приведенные выше критерии комфорта получили весьма широкое применение в разработке технических

требований проектирования железнодорожных линий, норм устройства железнодорожного пути для высоких скоростей движения [116, 117].

Отечественный и зарубежный опыт многолетней эксплуатации подвижного состава и пути показал целесообразность применения этих критериев. В пользу широкого их применения говорят и многочисленные экспериментальные исследования особенностей динамики пути и подвижного состава при высоких скоростях движения, которые в последние годы проводятся не в больших масштабах. Значения указанных критериев приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Критерии оценки плавности движения

* Большая величин принята для стесненных условий.

** Принято для скоростей движения соответственно до 160, 200 и более 200 км/ч (для специальных линий).

Конечно, приведенные критерии не дают возможности оценить все стороны принимаемого с их помощью технического решения, но основные закономерности они отражают достаточно хорошо. Опыт проектирования, например, сопряжений кривых в плане показал, что необходимо рассматривать не только абсолютные поперечные ускорения, но и относительные. Такой подход позволил получить весьма важный вывод по оценке особенностей движения экипажа по кривым, направленным в одну и в разные стороны.

140

В [118] показаны зависимости допускаемых непогашенных ускорений от скорости движения и при различных условиях, определяющих характер работы пути и подвижного состава.

Однако в большинстве случаев, особенно за рубежом, критерий αн понимается как характеристика комфорта пассажиров.

Как уже отмечалось, вторым важным критерием, широко используемым при установлении параметров плана линии, является показатель приращения ускорений во времени ψ, м/с3. Исследования, проведенные в ЦНИИ, показали, что этот критерий также является важной характеристикой динамического взаимодействия экипажа и пути.

Еще один критерий f — скорость подъема колеса по отводу возвышения — также весьма широко используется за рубежом. Так, уклон отвода возвышения наружного рельса, определяемый по формуле

эквивалентен значению критерия f = 28 мм/с.

Конечно, комфорт обеспечивается не только ограничением поперечных ускорений. Обычно в поезде на пассажира действуют суммарные ускорения, которые можно условно (в смысле физиологического воздействия) разделить на отдельные составляющие.

Наибольшие продольные ускорения приняты в пределах 1,2–1,3 м/с2, обычно допускаемые ускорения принимаются порядка 0,9–1,0 м/с2.

Вертикальные ускорения, которые возникают при движении вагона по вертикальным кривым, сопрягающим элементы профиля, вызывающие утомление пассажиров, весьма жестко регламентируются одними авторами (0,08 м/с2) и менее жестко другими (0,5 м/с2).

Величина вертикальных ускорений, возникающих от колебаний на рессорах при современных конструкциях подвижного состава и скоростях 200–250 км/ч, колеблется в пределах 0,25–0,7 м/с2.

Обычно в технических требованиях указывают величины минимальных радиусов кривых, которые можно принимать в трудных, стесненных и особо трудных условиях строительства новой или переустройства существующей железнодорожной линии.

При применении таких радиусов необходимо иметь в виду, что при Rmin < (400–500) м весьма усложняется эксплуатация пути, особенно бесстыкового, появляется неравномерный по длине линии выход рельсов и т.д. Особенно трудно содержать путь в кривых с радиусами менее 250 м [117].

При переустройстве существующих линий Rmin определяется по формуле

Для максимальных скоростей 160 км/ч на новых линиях Rmin должен быть не менее 2500 м, 2000 м — в трудных условиях.

Величина αн в особых случаях может приниматься до 1,0 м/с2. Обычно считают, что для смешанного движения грузовых и пассажирских поездов на участках, где могут реализовываться скорости 200 км/ч, минимальный радиус не должен быть менее 3000–3500 м. Для специальных пассажирских линий с максимальными скоростями до 250 км/ч при условии одинакового воздействия на обе рельсовые нити минимальные значения радиуса должны составить:

Так как даже на специальных линиях возвышение наружного рельса не будет выше 160 мм, то минимальный радиус должен быть не менее 3500 м.

Максимальная величина радиуса кривых принимается не более 4000–5000 м.

Переходные кривые необходимы для обеспечения плавного перехода подвижного состава из прямого участка в кривые или из кривой одного радиуса или возвышения в кривую другого радиуса или возвышения.

Как правило, в пределах переходных кривых устраивают совмещенный отвод кривизны, возвышения наружного рельса и уширения колеи, если оно имеется в круговой кривой.

Накопленный опыт эксплуатации переходных кривых с линейным изменением кривизны (такое изменение имеют радиоидальные кривые и менее точно — кубические параболы) показал полную приемлемость их на линиях с высокими скоростями движения пассажирских поездов.

При определении длины и формы переходной кривой следует иметь в виду, что реальный экипаж в значительной степени отличается от «материальной точки» и его движение сопровождается, как правило, интенсивным вилянием в рельсовой колее. Экспериментальные и теоретические исследования, проведенные ЦНИИ [119] в 1967 г., показали, что экипаж при входе в переходную кривую начинает направляться наружной рельсовой нитью в средней части переходной кривой, где кривизна становится более 1/650 – 1/750 м.

141

Иначе говоря, «эффективная длина» переходной кривой намного меньше ее фактической длины. Это обстоятельство, детально изученное в исследованиях ДИИТа в 1970–1972 гг., необходимо учитывать при определении длины переходной кривой или установлении соответствующих критериев [114].

Попутно можно отметить, что экипаж, обладающий хорошей поперечной устойчивостью, плавно входит в переходную кривую с линейным изменением кривизны и плавно совершает поворот относительно своих вертикальной и продольной горизонтальной осей.

Требования, которые должны учитываться при определении длины переходных кривых, наиболее полно были сформулированы в работах проф. Г.М. Шахунянца [110]. Многолетний опыт эксплуатации переходных кривых, определенных в соответствии с этими исследованиями, показал их правильность, в связи с чем выводы автора были использованы при разработке технических требований проектирования линий для скоростного движения.

Из анализа [117] видно, что определяющими формулами являются следующие:

ускорения во времени, м/с3; К — потеря кинетической энергии при ударе колеса первой оси о рельс наружной нити в данной кривой; [ΔК] — допускаемое значение этой потери.

В соответствии с первым требованием уклон отвода возвышения:

при f = 28 мм/с i = 1/10v; (6.12) при f = 35 мм/с i = 1/8v,

и соответственно

В соответствии со вторым требованием (6.10), принимая по формуле

Как видно, определяющим требованием является первое.

Поскольку определяющим является критерий скорости подъема колеса по возвышению, то практические расчетные формулы даются в виде выражения

где h определяется, как правило, по структуре поездов и ходовым скоростям на перспективу 10–15 лет.

Для скоростей движения до 160 км/ч величина т принимается в нормальных условиях 1,5, а в трудных условиях — 1,2.

Для скоростей движения от 160 до 200 км/ч величина т принимается в нормальных условиях 2, а в трудных условиях — 1,5.

Для специальных высокоскоростных пассажирских линий при скоростях движения от 200 до 300 км/ч возможно применение специальных форм переходных кривых.

142