Ответы к экзамену

1Скорость, как один из основных факторов развития человечества

1825 год Дж.Стефенсон – первая жд Стоктон-Дарлингтон

1837 год – первая железная дорога России (Санкт-Петербург – Царское село, стр-вом руководил австрийский инженер Франц Герстнер).

1851 год – жд Санкт-Петербург – Москва (Николаевская жд), Мельников.

Дж. Стефенсон: «ЖД экипаж и рельсы необходимо рассматривать как единую транспортную машину». Скорость хар-ет единство этой транспортной машины.

Достижение высокой v возможно только при условии оптим-го соотв-я др другу путевой структуры и ПС.

Увел-е v передв-я – объект-я потребность в развитии чел-ва. Во все времена v была тем показателем, который хар-т уровень развития общества. Ускорение всевозможных действий – это четко просматриваемая тенденция в жизни людей. Она возникла в 18 веке с началом промышленной революции. В произв-ве это выр-ся в получении кол-ва продукции за более короткий срок, а на транспорте в увеличении v перевозки грузов и пассажиров. Человек всегда стремился сблизить удаленные др от др нас-е пункты, сокращая t перемещения между ними.

В истории развития транспорта можно выделить 4 этапа увел-я доступной человеку v передвижения:

I этап – начало использования для передв-я животных, а также парусов для судов.

II этап – появ-е мех-го транс-та: судов с паровым приводом, автомобилей и железных дорог

III этап – изобретение летательных аппаратов с мех-ми двигателями (ДВС)

IV этап – изобретение реактивного двигателя

2мировой опыт повышения скоростей на ЖДТ. Рекорды скоростей

На ждт сущ-й рост скоростей приходится на 1930-1940 гг., когда начинают внедрятся тепловозная и эл-я тяги.

Пионерами в области тепловозной тяги являются: Великобритания, Франция, Германия и США.

1939 г. – немецкий 3вагонный дизельный поезд разгоняется до скорости, превышающей отметку в 200 км/ч, развивая макс-ю v 215 км/ч на участке Гамбург – Берлин.

5 октября 1993 г. – мировой рекорд скорости для одиночного тепловоза (ТЭП 80 на линии Санкт-Петербург – Москва разогнался до 271 км/ч)

Дальнейшее наращивание v на ЖД осуществляется на электрической тяге.

1955 г. – Франция СС 7100 и ВВ 9000 >300 км/ч

1988 г. – Германия ICE-V 406,9 км/ч

С 1988 года во Франции начались испытания высокоскоростного поезда 2го поколения TGV-A:

18 мая 1990 г. - TGV-A 515,3 км/ч

3 апреля 2007 г. – V150 574,8 км/ч

В РФ есть свой нац.рекорд скорости, 6 мая 2009 года Сапсан разогнался до 293 км/ч.

Самая большая скорость в мире, которая была развита на рельсах – 9848,6 км/ч.

3Понятие скоростного и высокоскоростного движения

Понятие ВС ЖДТ утвердилось в 1960-х годах, после ввода в эксплуатацию 1й специал-й жд магистрали Токио-Осака, Япония 1964 год. На магистрали Токио-Осака были впервые комплексно разработаны и созданы специал-е стационарные устр-ва инфр-ры (ЗП, ВСП, ИССО, устройства ЭС, устройства СЦБ и устройства связи) и специал-й ПС, для движения со v >> 200 км/ч.

Классификация жд линий в зависимости от скорости движения поездов в РФ.

1. Обычные (традиционные) железные дороги со скоростями движения до 160 км/ч

2. Скоростные железные дороги – от 161 до 200 км/ч

3. Высокоскоростные железные дороги – от 201 км/ч и выше.

ВСМ в РФ – это спец-я жд линия, предназн-я для регулярной коммерческой экспл-и пассажирских поездов со скоростями дв-я более 200 км/ч.

Градации скоростей, принятые в РФ отличаются от положений, реком-х международным союзом железных дорог (МСЖД/UIС- Union Internationale des Chemins de fer).

Дополнительные категории железных дорог, предложенные МСЖД:

• Скоростные-высокоскоростные – от 201 до 250 км/ч

• Высокоскоростные – от 251 км/ч до 300 км/ч

• Сверхвысокоскоростные (extreme high speed/ very high speed) – от 301 км/ч и выше

• Ультраскоростные железные дороги – от 401 до 500 км/ч

С темой ВСМ в разных странах мира связаны следующие понятия:

• Англия - HSR – High Speed Railway, HST - Train

• Испания – AVE – Alta Velocidad Española, Tren AVE, Linea AVE

• Италия – TAV –Treno ad Alta Velocita

• Германия – ICE –Inter City Express

• Франция – TGV – Trains a Grand Vitesse, LGV – Line ….

• Япония – Shinkansen – Синкансен (новая магистраль) – это понятие распространяется и на поезда на магнитном подвесе.

4Развитие сети ВСМ в мире

По данным МСЖД рост протяженности ВСМ в мире был следующим:

1964 г. – 515 км

1974 г. – 1450 км

1994 г. – 3600 км

2004 г. – 7000 км

Прогноз

2014 г. – 27 000 км (в эксплуатации 17 000 км, 14 стран мира имеют ВСМ, используют более 300 видов ЭПС)

2024 г. – 45 000 км

В н.в. по протяж-ти ВСМ лидирует КНР. (В РФ) По транспортной стратегии к 2030 году протяженность ВСМ достигнет показателя 4200 км. Четыре ВСМ по плану:

ВСМ-1 Москва – Санкт-Петербург (~700 км),

ВСМ-2 Москва – Екатеринбург (~1500 км),

ВСМ-3 Москва - Адлер (1758 км),

ВСМ Москва – Казань (803км) к 2020 году

5Концепции создания ВСМ в мире

В силу того, что в разных странах ЖД создавались с разной шириной колеи, а ВСМ, как правило, - 1435 мм (нормальная/стефенсоновская колея), то можно условно выделить 3 концепции создании ВСМ.

■ Испано-Японская концепция

В этих странах ВСМ были созданы отдельными жд линиями, которые не имеют пересечения с другими жд из-за разной ширины колеи

Ширина колеи обычных железных дорог:

Япония – 1067 мм,

Испания – 1668 мм.

■ Французская концепция

Во Франции ширина колеи ВСМ не отличается от ширины колеи обычных ЖД, но ВСМ предназначена искл-но для ВС движения.

■ Германо-Итальянская концепция

В этих странах ВСМ создавались на основе модерн-и/реконстр-и сущ-х ЖД. На рекон-х под ВСМ дороги было сохранено сущ-е движение.

Все ВСМ в РФ будут иметь ширину 1520 мм.

Сравнение ВС ЖДТ с авиа-м и автомоб-м транспортом показ-т, что при v движения 250-350 км/ч ВСМ имеют явные преим-ва с точки зрения комфорта и безопасности в дневных поездках на расстояние 400-800 км и на расстояние 1700-2500 км в ночных поездках (до 12 часов в пути).

Доп-е удобство – поезда ВСМ прибывают и отправляются с вокзалов, расп-х в непоср-й близости от центров городов. ВСМ в сравнении с авиа и автотранс-м имеют самый низкий удельный выброс в окр среду. При равных пассажиропотоках ВСМ занимает меньшие территории, чем это требуется для автострад и аэропортов

6 Основные требования к ВСМ

Осн треб-я к ВСМ опред-ся ее главным наз-м – осуществление массовых регулярных ВС перевозок населения преим-но больших и средних городов. При проект-и в строительстве и экспл-и ВСМ необходимо обеспечить:

1. Безоп-ть пас-в и макс-ю комфортность

2. Nпⁱ магистрали на заданную перспективу

3. Макс-я привлек-ть для пассажиров

4. Жизнес-ть ВСМ, в т.ч. в ЧС

5. Мин-е отриц-е возд-е на окр-ю среду

Nп опред-ся на перспективу 20 -25 лет с учетом перераспред-я пассажиров с авиа и авто-го транспорта. Миним-я возд-я на окр среду включает в себя:

1. Защита населения от шума

2. Рекультивация территорий, прилегающих к трассе ВСМ

3. Обход особо охраняемых те рриторий, прилегающих к трассе ВСМ

4. Минимизация отчуждающих с/х угодий

5. Сохранение условий стока поверхностных и грунтовых вод

Жизнеспособности ВСМ, в т.ч. в ЧС (наводнения, землетрясения, снежные лавины или заносы) способствуют приним-е на стадии проект-я инженерные и организационные решения:

1. Наличие возм-и выхода ВСМ на обычные ЖД (для обхода повр-го участка ВСМ, подвоза восст-х материалов)

2. Укладка доп-ых приемоотправочных путей (как правило, на перегонах, для быстрой пересадки пассажиров из неиспр-го поезда на исправный)

3. Создание эффективной системы снегоборьбы:

■ Круглос-й монит-г состояния снежного покрова;

■ Круглосуточный мониторинг метеоусловий;

■ Электрообогрев стрелочных переводов;

■ многоярусные лесозащитные полосы;

■ Принуд-й спуск снежных масс в горных районах

4. Установка в сейсмоактивных зонах датчиков землетрясений, передающих сигнал на остановку поездов.

7Гармонизация требований к ВСМ

Развитие ВСМ в отдельных европ-х странах, а затем создание общеевропейской сети ВСМ поставили вопрос о их совместимости между собой.

Параметры, требующие унификации:

1. Ширина колеи

В бол-ве европейских стран ширина колеи 1435 мм.

В Испании и Португалии – 1668 мм.

В Финляндии – 1524 мм.

В РФ – 1520 мм.

2. Система элфикации железных дорог

Франция и Англия: ~25 кВ, 50 Гц; =1,5 кВ.

Германия: ~15 кВ, 16 2/3 Гц.

Россия: ~25 кВ, 50 Гц; = 3 кВ.

3. Различные габариты подвижного состава

4. Различие пассажирских платформ

8Нормативна база для проектирования ВСМ в России. Основные элементы инфраструктуры ВСМ

Осн-е треб-я к ВСМ должны излагаться в норм-х док-х, которые являются базой для последующего проект-я и строит-ва. В н.в. в нашей стране разр-ся норм-я база для ВС ЖДТ. ФЗ №184 «О техническом регулировании»

Тех-й регламент таможенного союза – «ТР ТС о безопасности ВС ЖДТ» (ТР ТС 002/2011)

На основе этих 2х док-в в нашей стране разр-ся 41 нац-й стандарт для всех элем-ов инфр-ры и 15 сводов правил (СП).

В этих стандартах отражены все необх-е нормы и требования к инфр-ре и к ПС ВСМ, СП отражают правила проектир-я и строительства.

К осн-м элем-м инфр-ры ВСМ относятся:

1. Трасса ВСМ (осн-е пар-ры, план и продольный профиль)

2. ЗП и жд путь

3. ИССО

4. Система жд автом-и, телем-ки и связи (ЖАТ)

5. Система электроснабжения

6. Раздельные пункты

Вокзалы, депо, ремонтные зоны

9Факторы выбора трассы ВСМ

Принц-ю схему трассы ВСМ опред-т след-е факторы:

1. Социально-экономические

   1. Распол-е головных или конечных станций и заходы ВСМ в крупные города

   2. Раз-ры ожидаемых пассажирских перевозок

   3. Степень застройки территории

   4. Хар-р взаим-я ВСМ с суще-ми ЖД

Осн-й целью выбора оптим-го варианта трассы будущей ВСМ явл. привлечение макс-го пассажиропотока при кротчайшей протяженности линии.

2. Природные факторы

Горные хребты и ущелья, водоемы, заповедники, заказники, особо охран-е терр-и, болота, слабые грунты, участки схода лавин, оползней.

3. Технические факторы

   1. Устан-я v_max (влияет на мин-й потребный R кривых)

   2. Руководящий уклон (максимальный)

4. Экологические факторы

   1. Пути миграции редких и ценных животных

   2. Шумовое воздействие

   3. Распол-е попутных водоразделов и долин рек.

10План главных путей ВСМ. Круговые кривые, центробежная сила

План ЖД линии – проекция трассы на горизонтальную плоскость. План лини представляет собой сочетание прямых участков пути различного напр-я, плавно сопряженных др с др посредством кривых участков.

Прямые участки пути имеют значительные строительные и экспл-е преимущества по срав-ю с криволинейными. Поэтому при проект-и ЖД линий и, особенно ВСМ, необходимо стремится к устройству прямых участков большой протяженности.

Наиболее простой и распространённый формой кривой ЖД пути является дуга окружности, такие кривые носят названия круговых кривых.

Основные параметры круговой кривой: угол поворота , радиус кривой R, тангенс кривой Т, длина кривой К.

Мин-я вел-на R кривой устан-ся по требованию безопасности и комфорта проезда пассажиров и зависит от v_max движения поездов.

Зави-ть R от v движ-я опред-ся поперечными силами, действ-ми на ПС в кривой. Основной из них явл центробежная сила напр-я от центра кривой и стремящаяся вытолкнуть или опрокинуть ПС. Центробежная сила:

где m – масса поезда (кг); v – скорость ПС (км/ч); R – радиус кривой; G – вес ПС; g – уск-е своб. падения; a_ЦБ – ускорение центробежное.

Действие J неблагоприятно сказывается на комфорт-ти езды пассажиров, а также боковом износе наружной рельсовой нити.

11План главных путей ВСМ. Возвышение наружного рельса в кривой, непогашенное ускорение

План ЖД линии – проекция трассы на горизонтальную плоскость. План лини представляет собой сочетание прямых участков пути различного напр-я, плавно сопряженных др с др посредством кривых участков.

Зави-ть R от v движения опред-ся поперечными силами, действ-ми на ПС в кривой. Основной из них явл центробежная сила напр-я от центра кривой и стремящаяся вытолкнуть или опрокинуть ПС.

Центробежная сила:

где m – масса поезда (кг); v – скорость подвижного состава (км/ч); R – радиус кривой; G – вес подвижного состава; g – ускорение свободного падения; a_ЦБ – ускорение центробежное.

Действие J неблагоприятно сказывается на комфорт-ти езды пассажиров, а также боковом износе наружной рельсовой нити.

Для умен-я влияния J на ПС, устраивается возвышение наружного рельса над внутренним. В рез-те устр-ва возвышения нар-го рельса как на ПС, так и на пасс-в в боковом напр-и будет воздействовать не J, а J*cos α. При этом появляется боковая составл-я силы тяжести ПС, направ-я к центру круговой кривой – центрострем-я сила.

где G – вес ПС; h –вел-на возвышенности нар-го рельса над внутренним; S – расст-е м/у осями рельсов = 1600 мм; a_ЦС – центростр-е уск-е.

Из рис видно, что в боковом направ-и центробежной силе J*cosα противодействует центрострем-я сила H = G*sinα. Разность между этими силами определяет ур-нь регулирующей боковой силы, действ-й на ПС и пассажиров, а, следовательно, и ур-нь комфорт-ти езды в кривой.

а_НП – непогаш поперечное ускорение. Эта вел-на по усл-ю комфорт-ти езды пассажиров нормируется (ограничивается).

В межднар-х нормах для ВСМ a_НП = 0,4…0,55 м/с².

В отечественных нормах – 0,4 м/с².

Макс-я вел-на h ограничена усл-ми не опрокид-я ПС и определена отечественными нормативными документами на уровне h_max = 150 мм.

12План главных путей ВСМ. Определение минимальных потребных радиусов

План ЖД линии – проекция трассы на горизонтальную плоскость. План линии – сочетание прямых участков пути различного напр-я, плавно сопряженных др с др посредством кривых участков.

Прямые участки пути имеют знач-е строит-е и экспл-е преим-ва по срав-ю с криволинейными. Поэтому при проект-и ЖД линий (ВСМ) необходимо стремится к устр-ву прямых участков большой протяженности.

Мин-я вел-на R кривой устан-ся по треб-ю безоп-ти и комфорта проезда пассажиров и зависит от v_max движения поездов.

Зави-ть R от v движ-я опред-ся поперечными силами, действ-ми на ПС в кривой. Основной из них явл центробежная сила напр-я от центра кривой и стремящаяся вытолкнуть или опрокинуть ПС

Для v_max = 400 км/ч – R_min = 10 000 м,

v_max = 350 км/ч – R_min = 7500 м,

v_max = 300 км/ч – R_min = 5500 м.

13План главных путей ВСМ. Переходные кривые, сопряжение кривых

План ЖД линии – проекция трассы на горизонтальную плоскость. План линии – сочетание прямых участков пути различного напр-я, плавно сопряженных др с др посредством кривых участков.

пространственная кривизна переходной кривой

В начале ПКр ее R должен быть бесконечно большим, чтобы это начало сливалось с прямой. В конце ПКр ее R должен быть = R примыкающей круг кривой. На всем протяжении ПКр ее R должен непрерывно изменятся, кроме этого на протяжении ПКр должен осущ-ся постеп-й подъем наружной нити рельсов. По этой причине ПКр имеет пространств-ю кривизну как в плане, так и в профиле.

Длина ПКр должна быть различной на участках с разной v движ-я поездов.

14Продольный профиль путей ВСМ. Сопряжение элементов продольного профиля

Продольный профиль пути (ППП)– вертикальный разрез по трассе развернутый на плоскость. ППП состоит из отд-х прямолинейных элементов, каждый из которых хар-ся протяженностью l [км] и крутизной (уклоном) i [‰].

Уклон ППП – отношение разности высот концов элементов Величину ППП измеряют в промилях ‰. 1 ‰ = 0,001, – площадка. Величина уклона показ-т на сколько м изменилась высота элемента на участке протяж-ю 1 км. При проект-и реальный профиль трассы спрямляют, т.е. объединяют м/у собой смежные эл-ты, имеющие близкие значения уклонов. В рез-те получают более протяж-е эл-ты профиля с некоторым эквивалентным уклоном. Место сопряжения двух смежных элементов профиля с разными уклонами образуют перелом профиля, хар-й алгебр-й разностью этих уклонов.

– для подъемов, – для спусков. Прямолин-е уч-ки ППП с целью обесп-я без-ти и комфорт-ти передв-я пассажиров сопрягают с пом-ю кривых в вертик-й плоскости. В отличие от плана пути, при сопряжении прямых уч-в в верт-й плоскости исп-ся только круговые без перемежающихся переходных кривых На ВСМ вер-е кривые предусм-ся если перелом ППП Δi ≥ 1‰ (при расчете R необх. учитывать a_ЦБ). R_min кривой опред-ся вел-й a_НП (т.к. постоянно действует ускорение св. падения), только для профиля пути это ускорение изменяется в вертикальном положении.

15Продольный профиль путей ВСМ. Непогашенное ускорение, минимальный потребный радиус вертикальных кривых

Продольный профиль пути (ППП) – вертикальный разрез по трассе развернутый на плоскость. ППП состоит из отд-х прямолинейных эл-в, каждый из которых хар-ся протяженностью l [км] и крутизной (уклоном) i [‰].

На ВСМ верт-е кривые предусм-ся если перелом прод-го профиля Δi ≥ 1‰ (при расчете R необходимо учитывать a_ЦБ). R_min кривой опред-ся вел-й a_НП (т.к. постоянно действует ускорение свободного падения), для профиля пути это ускор-е изменяется в вертикальном положении.

Требуемый радиус вертикальной кривой

Предельное максимальное значение a_НП(В):

• В международных нормах

• По нормам РФ – для выпуклых кривых, – для вогнутых кривых.

Эти R_В – в 3-5 раз превышают аналогичные для обычных жд. Для вертикальных кривых имеются особые условия, они должны располагаться вне переходных кривых.

16Продольный профиль путей ВСМ. Наибольшие расчетные уклоны

Продольный профиль пути (ППП)– вертикальный разрез по трассе развернутый на плоскость. ППП состоит из отд-х прямолин-х элементов, каждый из которых хар-ся протяж-ю l [км] и крутизной (уклоном) i [‰].

Уклон ППП – отношение разности высот концов элементов.

Величину ППП измеряют в промилях ‰. 1 ‰ = 0,001, – площадка

Вел-на уклона показ-т на сколько м изменилась высота элемента на участке протяж-ю 1 км.

Наиб-й уклон ППП приним-т на осн-и технико-экономических обоснований с учетом ряда факторов, в частности, тяговых энергетических хар-к ПС. Так, например, для ВСМ Москва-Казань максимальный уклон не должен превышать 24‰. Руководящий уклон – максимальный уклон.

Во Франции приняты рук-е уклоны до 35‰. При проектир-и трассы ВСМ пересечение с существующими и проект-ми автомоб-ми, жд и др коммуникациями, с целью обеспеч-я безоп-ти движения поезда, следует предусм-ть только в разных уровнях.

17 Земляное полотно ВСМ. Основные типы и основные элементы

Земляное полотно (ЗП) ЖД – комплекс инженерных сооружений из грунтов, служащий основанием для верхнего строения пути (ВСП).

ЗП обесп-т выравнивание земляной поверхности и задает необходимые – план, профиль и устойчивость ЖД пути, воспринимает нагрузки от рельсошпальной решетки, балласта и ПС, равномерно распределяя их на ниже лежащий естественный грунт.

К основным типам ЗП относятся:

1. Выемки

2. Насыпи

3. Полунасыпи-полувыемки (трасса расположена на косогорье)

4. Нулевые места

Земляное полотно ВСМ включает в себя следующие основные части.

18 Земляное полотно ВСМ. Требования к ширине основной площадки

Земляное полотно (ЗП) ЖД – комплекс инженерных сооружений из грунтов, служащий основанием для верхнего строения пути (ВСП).

ЗП обесп-т вырав-е земляной поверх-ти и задает необх-е – план, профиль и устойчивость ЖД пути, воспр-ет нагрузки от рельсошпальной решетки, балласта и ПС, равномерно распределяя их на ниже лежащий естест-й грунт.

Р-ры попер-го сеч-я ЗП, а, след-но, и объемы строит-х работ, опред-ся в основном шириной основной площадки. Ширина основной площадки ЗП определяется в соответствии со следующим рисунком:

М – ширина междупутья; Г₁, Г₂ – расстояние от осей 1го и 2го пути до опор КС; 2b₀ – расстояние от опор КС до бровки осн-й площадки в зав-ти от раз-в кабельных лотков и шумозащитных экранов.

В целях снижения аэродин-го воздействия встречных поездов др на др, расстояние м/у осями главных путей увеличивают.

М = 4,1 м – обычные железные дороги;

М = 4,8 м - до 350 км/ч (ВСМ);

М = 5 м – до 400 км/ч (ВСМ).

19 ЗП ВСМ. Требование к прочности, устойчивости, стабильности

ЗП ЖД – комплекс инженерных сооружений из грунтов, служащий основанием для верхнего строения пути (ВСП).

ЗП обесп-т выравнивание земляной поверхности и задает необходимые – план, профиль и устойчивость ЖД пути, воспринимает нагрузки от рельсошпальной решетки, балласта и ПС, равномерно распределяя их на ниже лежащий естественный грунт.

ЗП ВСМ предъявляют повыш-е треб-я, осн-ми из которых являются:

• Прочность;

• Устойчивость;

• Стабильность;

• Минимальная деформируемость;

• Долговечность;

• Ремонтопригодность;

• Минимизация затрат на сооружение.

Для сооружения ЗП на ВСМ применяют скальные, обломочные, щебенистые и глинистые грунты. Упругая осадка основной площадки ЗП ВСМ под действием нагрузки ПС не должна превышать 1 мм. Не допускается деформация осн-й площадки в следствие морозного пучения и сезонных изменений, вызванных климат-ми факторами (оттаивание, промерзание, высыхание). Макс-я накопленная остаточная деформация основной площадки ЗП ВСМ за весь срок службы не должна превышать 30 мм. В некот-х случаях с целью повышения стаб-ти и устойч-ти ЗП необх-мо предусм-ть применение специ-х материалов, одним из них является геотекстиль и геосетка.

20Верхнее строение пути ВСМ. Основные элементы

Верхнее строение пути (ВСП) служит для направления движения ПС, восприятия силовых воздействий от его колесных пар и передачи их на ЗП.

ВСП вкл-т в себя след-е элементы:

• Рельсы

• Шпалы

• Рельсовые скрепления

• Уравнительные приборы (для компенсации темпер-х перемещений)

• Противоугоны (для предотвращения продольного смещения рельсов)

• Стрелочные переводы

• Балластный слой (балластная призма)

• Песчаная подушка (подбалластный слой)

Рельсы, соединенные со шпалами, образуют рельсошпальную (путевую) решетку, при этом шпалы заглубляются в балластный слой, укладываемый на основную площадку ЗП.

21 ВСП ВСМ. Рельсы

Верхнее строение пути (ВСП) служит для направления движения ПС, восприятия силовых возд-й от его колесных пар и передачи их на ЗП.

ВСП вкл-т в себя следующие элементы:

• Рельсы (Р)

• Шпалы

• Рельсовые скрепления

• Уравнительные приборы (для компенсации темп-х перемещений)

• Противоугоны (для предотвр-я продольного смещения рельсов)

• Стрелочные переводы

• Балластный слой (балластная призма)

• Песчаная подушка (подбалластный слой)

В большинстве стран мира на ВСМ применяют рельсы тяжелых типов массой более 60 кг на погонный метр.

По стандарту МСЖД рекомендуется на ВСМ применять рельс UIC 60 (60,3 кг/п.м), в РФ для ВСМ рекомендуется применять рельс типа Р65 (64,62 кг/п.м)

Основные требования к рельсам приведены в ГОСТ Р 51685 – 2013 «Рельсы железнодорожные. Общие технические условия».

Искривления рельсов в вертикальных и горизонтальных плоскостях не долж-ны превышать 0,3мм на 1,5 п.м.

На ВСМ применяют бесстыковой путь. Для этого одиночные рельсы от 25 до 100 метров сначала свариваются в «короткие» плети протяженностью до 800 метров. «Короткие» плети доставляют к месту укладки на специальных платформах. На месте укладки «короткие» плети сваривают в «длинные» протяженностью в десятки километров. Для этого используются контактная электросварка или алюминотермитная сварка.

Шлифовка сварных швов осуществляется после их охлаждения. В сварных стыках не допускаются неровности в виде впадин или бугров более 0,3 мм, а также не допускается не совпадение торцов рельсов более чем на 0,2 мм.

22 ВСП ВСМ. Рельсовые скрепления, уравнительные приборы

Верхнее строение пути (ВСП) служит для направления движения подвижного состава, восприятия силовых воздействий от его колесных пар и передачи их на ЗП.

ВСП представляет собой комплексную конструкцию, включающую в себя следующие элементы:

• Рельсы

• Шпалы

• Рельсовые скрепления

• Уравнительные приборы (для компенсации температурных перемещений)

• Противоугоны (для предотвращения продольного смещения рельсов)

• Стрелочные переводы (СП)

• Балластный слой (балластная призма)

• Песчаная подушка (подбалластный слой)

Рельсовые скрепления На ВСМ соединение рельс со шпалами осущ-ся рельсовыми скреплениями. Осн-ми треб-ми к рельсовым скрепл-м являются:

1. Обеспечение упругой связи (степени прижатия) рельса со шпалами

2. Высокое сопротивление продольному сдвигу рельса

3. Демпфирование силовых воздействий в системе колесо-рельс

4. Возможность регулирования рельса в плане и по высоте

5. Надежность, долговечность и ремонтопригодность

К н. в. на ВСМ наиб-е распр-е получили скрепл-я с прутковыми клеммами.

Уравнительные приборы. В бесстыковых рельсовых плетях при изменении темп-ры могут возникать большие темп-е усилия. Они опасны тем, что при высоких темп-х может возникнуть потеря продольной устойчивости (выброс рельсов), а при низких темп-х разрыв рельсовых плетей.

На ВСМ применяют бесстыковой путь температурно-напряженного типа, не требующий снятия темп-х усилий. Для компенсации темп-х удлинений рельсов на ВСМ устан-ся ур-е приборы (уравнительные стыки) только в тех местах, где выброс рельсов особенно опасен (перед ИССО или СП).

23 Особенности балластного ВСП ВСМ

В настоящее время на ВСМ применяется две конструкции ВСП:

1. РШРⁱⁱ с железобетонными шпалами, уложенная на балласт

2. Рельсы, уложенные на железобетонные подрельсовые основания (безбалластная конструкция)

Путь на балласте – традиционный тип подрельсового основания. Балластный слой выполняют из щебня размером 25-60 мм, толщина балластного слоя 35-40 см. Под слоем балласта устраивается подушка толщиной не менее 15 см из песчано-гравийной смеси или щебня размером от 5 до 25 мм.

Основной особенность балластной призмы на ВСМ является обязательная укладка геотекстиля между основной площадкой ЗП и подбалластным слоем ВСП. Это необходимо для исключения загрязнения балласта частицами ЗП и предохранения его от промерзания и пучения.

Знач-е гориз-е силы, воздейств-е на РШР могут прив-ть к ее попер-м сдвигам. Осн-м фактором препят-м поперечному сдвигу РШР является сила трения шпал о балласт. По нормам РФ на ЖД, в т.ч. и на ВСМ, предусм-ся укладка стандартных жб шпал (каждая шпала весит 280 кг) и эпюрой 1840 мм/км (0,55 м расст-е м/у соседними шпалами).

ВСП на балласте имеет следующие основные преимущества:

• Низкие расходы на строительство;

• Высокая ремонтопригодность при низких затратах;

• Хорошее поглощение шума, генерируемого ЭПС.

Однако, такая конструкция имеет и недостатки:

• Сложность поддержания заданных геометрических параметров пути, т.к. в балластной призме с течением времени возникают деформации;

• Невысокое сопротивление РШР в продольном и поперечном напр-ях;

• Подъем частиц балласта под действием аэродин-их сил при высоких скоростях дв-я. Для предотвращения этого недостатка практикуют исп-е покрытий балластной призмы резиновыми или пластиковыми матами, металлической сеткой и различными склеивающими составами;

• Интенсивное истирание частиц балласта в процессе эксплуатации;

• Необходимость уничтожения растительности с балластного слоя.

24 Особенности безбалластного слоя ВСП ВСМ.

В настоящее время на ВСМ применяется две конструкции ВСП:

1 РШР с железобетонными шпалами, уложенная на балласт

2 Рельсы, уложенные на железобетонные подрельсовые основания (безбалластная конструкция)

Альтернативой пути на балласте является безбалластный путь, укладываемый на железобетонных блоках или плитах. Такой путь реализуется в виде оснований, опирающихся на жесткие железобетонные конструкции (в тоннелях, на мостах и эстакадах) или на ЗП.

Основными преимуществами безбалластной конструкции ВСП являются:

• Стабильность геометрических параметров пути;

• Высокое сопр-е перем-ю пути в продольном и боковом направлениях;

• Низкие эксплуатационные расходы из-за отсутствия щебня.

Безбал-я констр-я пути по хар-м взаим-я с ЭПС является более жесткой по сравн-ю с балластом. В связи с этим при движении ЭПС по пути с безбалластным основанием, ур-нь шума возрастает примерно на 4 Дб, что соотв-т увел-ю мощности источника шума в 2,5 раза. Для устра-я этого недостатка под плиты уклад-т резиновые маты или подложки из эластичного материала.

Безбалластные конст-и применяемые на ВСМ:

1. «RHEDA-2000» - (ВСМ Германии и Нидерландов) имеет 2хблочное осн-е, встроенное в армированную конструкцию. Заливка армировки бетоном происходит на месте ВСП.

2. «BÖGEL» -сборные плиты (6,5м) заводского изгот-я.(Пекин-Шанхай)

3. «ÖBB Porr» (Австрия) – в конструкции использован слой плит на эластичной подложке, что обеспечивает хорошую амортизацию даже при больших динамических нагрузках.

4. «LVT-SYSTEM» (Щвейцария) – Low Vibration Track. Эта конструкция включает в себя упругую подкладку под рельс и резиновые маты под блок. Конструкция монтируется на бетонных моноблоках.

Безбалластная конструкция пути имеет еще одно преимущество перед балластной – это ее экологичность.

25 ВСП ВСМ. Марки стрелочных переводов, концепции выбора

ВСП служит для направ-я движ-я ПС, восприятия силовых возд-й от его колесных пар и передачи их на ЗП.

ВСП пред-т собой компл-ю констр-ю, вкл-ю в себя следующие элементы:

• Рельсы

• Шпалы

• Рельсовые скрепления

• Уравнительные приборы (для компенсации температурных перемещений)

• Противоугоны (для предотвращения продольного смещения рельсов)

• Стрелочные переводы

• Балластный слой (балластная призма)

• Песчаная подушка (подбалластный слой)

СП на ВСМ устраивают в местах примыкания второстп-х путей к главным. При движ-и ВС поездов по СП в них возникают знач-е боковые силы, аналогично движ-ю поезда в кривой. Для снижения боковых сил при сохр-и высокой v движ-я, СП на ВСМ выполняют более пологими.

Степень пологости СП принято характеризовать маркой крестовины – тангенс угла крестовины.

Чем больше N, тем более пологий стрелочный перевод.

Марки крестовин ОАО «РЖД»: 1/9 – 25 км/ч; 1/11 – 50 км/ч; 1/18 – 80 км/ч; 1/22 – 120 км/ч.

Для ВСМ в мире утвердились два концептуальных подхода выбора СП:

Японский – СП должны обеспечивать v_max движ-я поездов только по прямому напрв-ю. В Японии редко применяют СП более пологими, чем 1/32.

Европейский – 1/65 (Франция) движение на боковой путь со скоростью до 220 км/ч (1/46 – 160 км/ч).

СП на ВСМ должны иметь спец констр-ю крестовины, которая не допускает ударов колеса при проходе мертвого простр-ва и имеет непрерывную поверх-ть катания (крестовины с подвижным сердечником). СП со сверхпологими крестовинами имеют сложную констр-ю. Для перевода остряков подв-го сердечника крестовины исп-ся 11 эл.приводов, 8 из которых приводят в движ-е остряки, а 3 подвижный сердечник крестовины

26 ВСП ВСМ. Особенности конструкции

Верхнее строение пути (ВСП) служит для направления движения подвижного состава, восприятия силовых воздействий от его колесных пар и передачи их на ЗП.

ВСП представляет собой комплексную конструкцию, включающую в себя следующие элементы:

• Рельсы

• Шпалы

• Рельсовые скрепления

• Уравнительные приборы (для компенсации температурных перемещений)

• Противоугоны (для предотвращения продольного смещения рельсов)

• Стрелочные переводы

• Балластный слой (балластная призма)

• Песчаная подушка (подбалластный слой)

27 Искусственные сооружения на ВСМ. Типы, особенности

ИССО обесп-ют возм-ть пересечения жд, водных преград, других жд линий, авто дорог, горных хребтов, глуб-х ущелий, застр-ых городских территорий, а также безоп-й переход людей ч/з пути и устойч-ть ЗП в сложных геологических и гидрологических условиях.

К ИССО железных дорог относятся:

• Мосты;

• Тоннели;

• Виадуки;

• Трубы;

• Подпорные стены и др.

Одной из хар-х особ-й ВСМ, которая отличает ее обычных жд, является большое кол-во ИССО. Это связано с тем, что трасса ВСМ должна быть макс-но приближена к прямой линии как в плане, так и в профиле. Кроме этого трасса ВСМ в целях безоп-ти не должна иметь пересеч-й в одном уровне с другими путями сообщений. Доп-м условием сооружения ИССО на ВСМ является гармоничное вписывание в природный ландшафт, поэтому многие ИССО становятся эстетически привлек-ми эл-ми ВСМ. Доп. обстоятельством сооружения ИССО служит необх-ть прокладки ВСМ в стесненных усл-х плотной городской застройки, а также недостаток своб-х терр-й под отвод земель для ВСМ.

Мосты, тоннели и эстакады являются сложными и дорогостоящими ИССО. Стоимость постройки 1 п.м тоннеля, как правило, выше стоимости 1 п.м. моста. Однако, существует закономерность с увел-ем общей длины сооружения стоимость 1 п.м. тоннеля уменьшается, а моста – возрастает. Как показывает практика, строительство эстакады или тоннеля, несмотря на большую стоимость, зачастую оказывается более экономически выгодным, чем сооружение ЗП в связи с высокими ценами на землю, а также жесткими требованиями к охране окружающей среды.

Устройство тоннелей зачастую предпочтительней сооружений эстакад при проходе через историческую городскую застройку

28 ИССО на ВСМ. Требования к мостам, эстакадам и виадукам

ИССО обесп-ют возм-ть пересечения жд, водных преград, других жд линий, авто дорог, горных хребтов, глуб-х ущелий, застр-ых городских территорий, а также безоп-й переход людей ч/з пути и устойч-ть ЗП в сложных геологических и гидрологических условиях.

К ИССО ЖД относят: Мосты, тоннели, виадуки, трубы, подпорные стены…

Проект-е и строит-во мостов, эстакад и виадуков на ВСМ имеет свои особенности. Для обесп-я плавности движения ВС поездов и комфорта пассажиров величина упругого прогиба пролетных строений мостовых сооружений от веса поезда не должна превышать 1/2200 от длины пролета.

Ответственным пар-ром мостов, эстакад, виадуков на ВСМ явл-ся их грузоподъемность. Тот факт, что ВСМ предназ-на для регулярного дв-я относительно легких пасс-х в ВС поездов не должен исключать возмож-ти пропуска по ней грузовых поездов спец-го назн-я в период строительства.

Мосты, эстакады и виадуки на ВСМ проектируют только двухпутными. Установленная ширина междупутья на ВСМ должна сохраняться на всех ИССО. В этой связи к пролетным конструкциям предъявляют высокие требования по крутильной жесткости – 1 мм на 1м. Пролетные строения мостов, виадуков изготавливают из железобетона. Бесстыковой путь, уложенный на мостовом сооружении работает в более тяжелых условиях чем на ЗП. В результате совместной работы с деформирующимися пролетными строениями и опорами, путь испытывает доп-е усилия. Эти доп усилия в значит-й степени зависят от типа мостового полотна.

Прим-ся 2 типа мост-го полотна: балластное и безбалластное.

29 ИССО на ВСМ. Типы мостового полотна

ИССО обесп-ют возм-ть пересечения жд, водных преград, других жд линий, авто дорог, горных хребтов, глуб-х ущелий, застр-ых городских территорий, а также безоп-й переход людей ч/з пути и устойч-ть ЗП в сложных геологических и гидрологических условиях.

Мосты, эстакады и виадуки на ВСМ проектируют только 2путными. Установленная ширина междупутья на ВСМ должна сохраняться на всех ИССО. В этой связи к пролетным конструкциям предъявляют высокие требования по крутильной жесткости – 1 мм на 1м. Пролетные строения мостов, виадуков изгот-ют из жбⁱⁱⁱ. Бесстыковой путь уложенный на мостовом сооружении работает в более тяжелых условиях чем на ЗП. В рез-те совместной работы с деформирующимися пролетными строениями и опорами, путь испытывает доп усилия. Эти доп усилия в значит-й степени зависят от типа мостового полотна.

Рисунок 1 – поперечные сечения железобетонных пролетных строений моста ВСМ: а – с балластным мостовым полотном; б – с железобетонными плитами

Балластная конструкция м.полотна снижает уровень шума при проходе ПС по мосту и позволяет использовать единый комплекс путевых машин при эксплуатации ЗП. Благодаря близким хар-м упругости к ЗП балластное м.полотно повышает комфорт-ть проезда точки сопряжения с ИССО.

В последние годы предпочтение отдается безбалластному мостовому полотну в связи с повышенной устойчивостью РШР и низкими эксплуатационными затратами.

30 ИССО на ВСМ. Аэродинамические явления при проходе тоннелей

ИССО обесп-ют возм-ть пересечения жд, водных преград, других жд линий, авто дорог, горных хребтов, глуб-х ущелий, застр-ых городских территорий, а также безоп-й переход людей ч/з пути и устойч-ть ЗП в сложных геологических и гидрологических условиях.

При строит-ве ВСМ наиболее трудоемкими ИССО являются тоннели, которые при больших v движения требуют особых конструк-х решений. С ростом v движ-я поездов возникают специф-е проблемы, связанные с движ-м поездов в тоннелях. Одна из них – взаим-е поезда с воздушной средой. Знач-е перепады давления оказывают негативное влияние на пассажиров. Для его предотвращения необходимы особые устр-ва систем вентиляции вагонов. Ударная волна, образующаяся при выходе поезда из тоннеля носит взрывообразный хар-р. Для смягчения воздушных ударов используют косые или ступенчатые конструкции обрамления порталов тоннелей, которые имеют св-во растягивать фронт ударной волны. С этой же целью носовая часть оконечных вагонов ВС поездов удлиняется. Ей придается заостренная форма, очертание которой опред-ся в ходе аэродинамических расчетов.

При следовании поезда в тоннеле изменяются усл-я аэродин-го обтекания поезда. Так как простр-во м/у стенами тоннеля и вагонами невелико, то перед носовой частью создается большое (избыточное) давление, а позади к хвостовой части – разряжение. Возникает разность давления, которая увеличивает сопрот-е движ-ю поезда - развивается пропорционально квадрату v движ-я, поэтому его следует учитывать уже начиная со скорости 200 км/ч. Компенсируя разницу давлений, часть воздуха выталкивается из тоннеля впереди поезда, а другая часть обтекает хвост поезда.

В тоннелях для ВСМ необходимо принимать во внимание нагревание воздуха от трения о наружные поверхности ПС, а также теплоотдачу систем охлаждения ТЭД и систем кондиционирования. При большой v в ограниченном простр-ве тоннеля может наблюдаться знач-е повышение температуры воздуха. Это необходимо учитывать при проект-и вентиляционных систем тоннеля.

31 ИССО на ВСМ. Основные потенциальные опасности в тоннелях

ИССО обесп-ют возм-ть пересечения жд, водных преград, других жд линий, авто дорог, горных хребтов, глуб-х ущелий, застр-ых городских территорий, а также безоп-й переход людей ч/з пути и устойч-ть ЗП в сложных геологических и гидрологических условиях.

Проектиров-ми, строителями и эксплуатирующими орг-ми рассм-ся, как основные, 2 группы возм-х инцидентов, которые могут произойти при движ-и поездов в тоннелях:

1. Столкновение поездов

   1. Лобовое;

   2. Нагон одного поезда другим;

   3. Разрушение элементов ЭПС в процессе движения, в т.ч. по причине воздействия злоумышленников.

В рез-те этих инцидентов происходит сход ПС с рельсов и столкновение с конструкциями тоннеля. 2путные тоннели менее безопасны чем 1путные для орг-и дв-я поездов. Исходя из этого в последнее время тоннели для ВСМ сооружают 1путными. При этом через опред-е промежутки 50-200 м эти однопутные тоннели соединяют м/у собой аварийными переходами. Они позволяют в случае инцидента в одном из тоннелей обеспечить прибытие аварийно-спасательных команд по соседнему тоннелю и обеспечить эвакуацию из аварийной зоны. Часто на протяженных тоннелях устраивают доп-й вспомог-й тоннель для эксплуат-х и авар-спас-х работ.

2. Возникновение пожаров в тоннелях

В конструкциях вагонов и тоннелей используют спец негорючие материалы, системы пожаротушения и вентиляции. В некоторых случаях на всем протяжении тоннеля вдоль путей устраивают высокую пассажирскую платформу.

В качестве наименее вероятных рассматриваются происшествия, вызванные техногенными и природными причинами. Обрушение сводов и стенок тоннеля, затопление тоннеля. Однако, они также не исключены и для их локализации используют системы дренажа, водоотведения, перекачивающие насосы и герметичные двери.

32 Системы ЖАТ на ВСМ. СУДП

Орг-я движ-я поездов с высокими v предъявляет повышенные треб-я к системе ЖАТ на ВСМ. Это связано с тем, что система ЖАТ совместно с сист-й связи объединены на ВСМ в единую сис-му управ-я дв-м поездов (СУДП), кот-я должна обесп-ть след-е задачи:

1. Безопасность и комфорт пассажиров;

2. Выполнение ГДП;

3. Надежное функц-е тех-х ср-в инфраструктуры и ПС.

СУДП состоит из двух подсистем:

1. Стационарная (неподвижная) – САСУ. В эту систему входят все аппараты и устр-ва, располож-е в диспетч-м центре упр-я ДЦУ, в станционных пунктах централизации СПЦ и в путевых пунктах концентрации ППК, расположенных вдоль трассы ВСМ.

2. Бортовая (подвижная) – БАСУ размещается непосредственно на ПС.

Управ-е движ-м поездов обеспеч-ся БАСУ в автомат-м режиме с возмож-ю перехода на автоматизир-е упр-е с участием машиниста.

Между БАСУ и ППК всегда поддерж-ся связь для обмена инфор-й. Вся инф-я о парам-х движ-я поездов концентр-ся в ППК, а затем передается в ДЦУ.

ДЦУ концентр-т инф-ю и упр-ет работой след-х устр-в ВСМ:

1. Автом-я блокировка с автомат-й лок-й сигнализацией (АЛСН), эл-я сигнализация стрелок и сигналов.

2. ТП, АТП^iv и посты секционирования.

3. Инфор-е датчики монит-га сост-я жд пути, ИССО, охранной и пожарной сигнализации и др.

33.Системы ЖАТ на ВСМ. Особенности построения

Орг-я движ-я поездов с высокими v предъявляет повыш-е треб-я к системе ЖАТ на ВСМ. Это связано с тем, что система ЖАТ совместно с системой связи объединены на ВСМ в единую систему управ-я движ-м поездов (СУДП)

Сущ-т след-е особенности системы ЖАТ для ВСМ:

1. При больших скор-х движ-я теряет актуальность применение светофоров на перегонах. Поэтому на ПС ВСМ прим-ся сигнализация на пульте машиниста.

2. На ВСМ не прим-ся традиц-е рельсовые цепи (РЦ) в связи с наличием ряда недостатков:

1. Низкая надежность изолирующих стыков;

2. Неустойч-ть режимов работы РЦ (в зав-ти от погодных усл-й сильно изм-ся R балластного слоя, что влияет на хар-р стекания токов);

3. Замыкание контура метал-м предметом имитирует ложную занятость перегона.

Вместо РЦ исп-ют др индикаторы занятости путей:

1. Бесконтактные датчики индуктивного типа;

2. Линии индук-й связи, проклад-е м/у рельсами;

3. Радионавигационные системы.

III Сложность построения систем ЖАТ на ВСМ обусловлена необход-ю испол-я одного и того же ПС на различных ВСМ, оснащенных разными системами ЖАТ.

34. Системы ЖАТ на ВСМ. Структура Европейской системы управления движением поездов

Для стыковки БАСУ ПС с др-ми сист-ми ЖАТ приходится иметь на нем одновр-но несколько разл-х подсистем БАСУ.

В Европе с целью выработки единой концепции построения всех применяемых систем ЖАТ на жд различных стран с 1991 года разраб-ся и внедряется единая европ-я система упр-я поездами ETCS – European Train Control System. Структура ETCS включает в себя следующие подсистемы:

1. EUROCAB;

2. EUROBALISE;

3. EURORADIO.

EUROCAB – бортовой комплекс (БАСУ) системы ETCS оснащенный приемо-передающим устр-м для связи с САСУ и комплексом датчиков контрол-х исправную работу всех систем поезда. Компьютер непрер-но выполняет вычисления необх-е для безавар-го движ-я поезда:

• Допустимую скорость;

• Длину тормозного пути;

• Сравнение фактической и допустимой скоростей.

Подсистема EUROCAB может оснащаться датчиками спутниковых навигационных систем GPS, ГЛОНАСС.

EUROBALISE явл стандартной аппар-й передачи данных с поезда на путь и обратно. Осн-ми элем-ми EUROBALISE являются линии (шлейфы) индукт-й связи и путевые точечные радиодатчики (балисы). Шлейф инд-й связи уклад-т на шпалах м/у рельсами вдоль трассы ВСМ. Они позволяют определять полож-е поезда. Шл-фы инд связи имеют ряд « –:»

1. Усложнение работы механизированных комплексов по обслуживанию пути;

2. Вандализм.

Балисы обесп-т двустор-й обмен инф-й с ПС. Сущ-ют балисы активные, треб-е источник питания и пассивные, не требующие ист-к пит – работают в одностор-м режиме. Балисы могут передавать накопленную информацию в ДЦУ.

EURORADIO выполняет непрер-е упр-е движ-ем поездов с применением аппаратуры многоканальной подвижной радиосвязи в т.ч. радионавигационных комплексов.

ДЦУ по радиоканалу может получать от балисов данные о местопл-и поезда и передавать на ПС команды задания режима движ-я. Балисы в свою очередь по радиосв передают на поезд инф-ю о парам-х пути и о состоянии систем СЦБ. Радиосвязь поездов с ДЦУ может осущ-ся напрямую минуя балисы.

35 Системы ЖАТ на ВСМ. Уровни ETCS

В зав-ти от оснащения участков устр-ми ЖАТ система ETCS имеет 3 уровня. Система 1 уровня прим-ся на обычных жд с напольными светофорами, по показаниям кот-х могут обращаться поезда необор-е системой ETCS. РЦ опред-ют координаты поезда пределах блок-участка и передают ее в ДЦУ. Он, имея инф-ю о полож-и всех поездов на линии, передает ч/з балисы на каждый поезд заданный скор-й режим. Борт-й комп-р (БК) ЭПС на основе получ-х данных осущ-т в непрер-м режиме вычис-е точки начала торможения. ETCS 2 уровня испол-ся на новых линиях, где обращаются только те поезда, кот-е обор-ны системой ETCS. Для опред-я положения поезда прим-ся линии индук-й связи и балисы Связь м/у ЭПС и ДЦ осущ-ся напрямую ч/з сеть стандарта GSM-R. Для этого вдоль трассы ВСМ устан-ся радиомачты на расстоянии 5-10 км. Линии инд-й св. передают информацию о полож-и поезда в ДЦ. ДЦ после обраб-ки получ-й инф-и передает по радиоканалу на ЭПС новые данные о скор-м режиме и полож-и впереди идущего поезда. БК вычисляет точку начала торможения. Через пассивные балисы (маркеры километров) ЭПС получают точную координату своего полож-я, что позв-т скорректировать вычисления БК.

При реализации системы 3 уровня не применяют линии индук-й связи. Положение каждого поезда опред-ся на основе показаний радионавигац-х систем и уточняется пасс-ми балисами. ДЦ определяет координаты всех поездов и передает обратно на ЭПС по радиоканалам. Преим-во сист ETCS 3 ур-ня: отсут-е сложных перегонных устройств СЦБ, кот-е требуют период-го обслуживания и ремонта. Т.о. рассматр-я система ETCS предусм-ет единый подход к регул-ю движ-я поездов на всех категориях жд, что позвол-т поездам ВСМ обращаться м/у магистр-ми разл-х стран Европы с возм-ю безоп-го выезда на жд.

36 Особенности организации технолог-й связи на ВСМ

На ВСМ к сетям связи пред-т повыш-е треб-я по качеству и объему предостав-х услуг. Это связано, во-первых, с более высокими скор-ми движ-я поездов, во-вторых, с более высоким ур-м комфорта для пасс-в, в-третьих, с более высоким ур-м элмагн-х помех. Для орг-и связи испол-т как проводную, так и беспроводную систему связи.

Сети проводной связи орган-т кабелями и ВОЛС. Проводная связь подразделяется на 2 осн-х вида:

1. Общетехнол-я – для служ-х перег-в раб-в;

2. Оперативно-технологическая (селекторная) – для диспетчерского упр-я процессами перевозок.

Радиосвязь организуется на системе стандарта GSM-R. Сущ-т 4 вида жд радиосвязи:

1. Поездная – для связи диспетчера с машинистами;

2. Стационарная – для упр-я технолог-ми пр-ми на станции;

3. Ремонто-оперативная – при произв-ве ремонто-восстановительных работ;

4. Радиосвязь передачи данных – для связи между ЭПС и напольным оборудованием.

37 Тяговое электроснабжение. Образование силы тяги на ободе колеса

Преодоление силы сопр-я движ-ю поезда, зависящей от трения качения, аэрод-х нагрузок, уклона пути, достигается за счет энергии вращения ТЭД ПС.

Движущие оси ЭПС сопряжены с эл-ми двигателями посредством мех-й передачи вращающего момента. В свою очередь ТЭД получают ЭЭ от генераторов элстанции ч/з системы внешнего и тягового электроснабжения (ТЭС).

Рисунок– схема образ-я силы тяги на ободе колеса ЭПС: ОК – обод колеса; МП – механическая передача; ПРА – пуско-регулирующая аппаратура; ТПР –токоприемник; РС – рельсовая сеть; ТПП – тяговая преобр-я подстанция; СВЭ – система внешнего ЭС Урав-е движ-я поезда устанавливает завис-ть v движ-я от сил, действ-х на поезд. Все силы, действ-е на поезд заменяют результирующей силой, опред-й из следующего уравнения: где F_K – суммарная касат-я сила тяги от всех движущих осей поезда; W_K – резул-е сопр-е движ-ю поезда; B_Т – общая сила торможения.

При полож-м значении F_рез сила является ускоряющей, при отрицательном значении – замедляющей.

ПС может двигаться в 3 разл-х режимах: тяги, выбега, торможения. В реж тяги сила тормож-я =0, поэтому F_рез опред-ся разностью м/ силой тяги и силой сопр-я движению.

Касательная сила тяги от одной оси:

где М_Д – вращающий момент ТЭД; μ – передаточное отношение редуктора (МП); – КПД механической передачи; D_К – диаметр колеса поезда (1,25м – для электровоза, 0,92м – Сапсан)

38 Тяговое электроснабжение ВСМ. Преодоление сил сопротивления движению, удельное электропотребление

Силы сопр-я - внешние силы, прилож-е к поезду и направл-е в сторону противопол-ю движению. Некоторые из этих сил, действ-х на поезд пост-но и создают осн-е сопр-е движ-ю. К этим силам относятся сила трения в подшипниках колес, сила сопр-я от рельс-х стыков, сила трения м/у колесами и рельсами, силы сопр-я воздушной среды.

Временно действ-е силы создают доп-е сопр-е движ-ю поезда. Оно появляется при движ-и по кривому участку пути, при движ-и на подъем, при метеоусл-х отличных от нормальных (низкие температуры).

Сила сопр-я воздушной среды имеет важное знач-е при высокоскоростном движ-и, так как она пропорц-на квадрату v.

где _- аэродин-й коэф-т сопр-я, зависящий от формы тела; ρ – плотность воздуха (1,2754 кг/м³); v – скорость тела относ-но воздушной массы; S – характерная площадь тела.

Составляющая аэродин-го сопрот-я уже при v = 120 км/ч достигает более половины общего сопр-я движ-ю поезда. При скорости 300-350 км/ч влияние 85-90%. В связи с этим потребная электротяговая мощность для ВС поездов возрастает. На ее рост также оказывает влияние более интенсивные разгоны для более высоких скоростей.

Удельная мощность электропотребления:

• при скор-х движ-я не более 160 км/ч;

• для высокоскоростных жд.

39 ТЭС ВСМ. Влияние уровня напряжения на скорость движения поезда, требования уровню напряжения

В системе ТЭС ВСМ возрастают пиковые нагрузки на ТП, ув-ся потери U и S в устр-х ТЭС, усложняется токосъем, увеличивается нагрев проводов КС, повышаются требования к избирательности РЗ. При этом одновременно повышаются требования к качеству ЭС ВС поездов, одному из осн-х показателей – уровню U на токоприемнике. Минимально допустимый уровень напряжения на токоприемнике для них выше

Требования к уровню напряжения на токоприемнике ЭПС

• Скорость дв-я ЭПС зав-т от ур-ня U на токоприемнике

• Снижение скорости ЭПС является вел-ой -й отклонению уровня U.

• ВС ЭПС должен поддерживать строгий скоростной режим, установленный графиком движения поездов.

В связи с этим с увел-ем скорости движ-я ЭПС, треб-я к ур-ню U на токоприемнике становятся более жесткими.

40ТЭС ВСМ. Определение основных параметров системы тягового электроснабжения

К основным параметрам системы ЭС относятся:

1.Расстояние между ТП, определяющее число подстанций на электрифицированном участке.

2.Трансформ-я и выпрямительная мощности подстанций.

3.Сечение проводов контактной подвески.

Для обесп-я ВС движ-я поездов нельзя допускать знач-го снижения U на токоприемниках ЭПС. Обосн-е величины миним допуст-го U должно выполнятся с учетом пред-го допустимого знач-я потери t движ-я, ограниченного ГДП^v.

Скорость движ-я поезда по участку пропорц-на U на токоприемнике и определяется из выражения:

где b_v­ – коэффициент влияния напряжения на скорость, .

Среднее падение напряжения определяется из формулы:

где – коэффициент изменения напряжения, принимается равным 0,5 – 0,7

Исходя из вышеприведенных выражений, скорость движения поезда будет определяться по выражению:

Полное время движения поезда по МПЗ с учетом снижения скорости:

Абсолютная потеря времени движения поезда по заданному участку с учетом падения скорости:

41 ТЭС ВСМ. Особенности системы 2*25 кВ

На ВСМ в последнее время в осн-м применяют систему ТЭС 2*25 с автотрансформаторными пунктами на МПЗ.

Мощность АТ на МПЗ составляет 10-15 МВА. Мощность каждого из двух трансформаторов на ТП может достигать 100-150 МВА.

Данные пар-ры АТ выбирают исходя из длины МПЗ, равной 60 км. Т.к. токи поездов ВСМ представляют большую однофазную нагрузку, то подключение ТП к 3фазной сети ВЭС через 1фазные транс-ры, создает знач-ю асимметрию токов по фазам. Это приводит к доп-м потерям в ЛЭП ВН и может нарушить усл-я норм-й работы других потреб-й, подключенных к данной ЛЭП.

Для устр-я асимметрии токов в системе ВЭС на ТП ВСМ часто прим-т спец-е транс-ры обладающие симметрирующим эффектом. Например, в Японии нашли широкое применение трансформаторы ТП соединенные по схеме Скотта.

Модифицированная схема Вудбриджа. Эффект от применения таких трансформаторов заключает в том, что при одинаковых токах в плечах питания ТП в первичной обмотке трансформаторов создается симметричная системе токов.

При односторонней нагрузке ТП эффект от симметрирующих трансформаторов сводится к нулю.

42ТЭС ВСМ. Основные требования к высокоскоростным контактным сетям

Особенности КС ВСМ опред-ся констр-ми пар-ми контактных подвесок, зависящими от многих факторов. Осн-ми из них являются доп-я нагрузка по току и макс-я скорость движ-я по усл-ю обеспечения надежного токосъема.

Сами конструкции конт-х подв-к на ВСМ не имеют существенных отличий от обычных. Выполняются цепными, одинарными и комплексными.

КП выполняются из электролитической/легированной меди, НТ из меди или бронзы.

Подвески могут выполняться как с рессорным узлом, так и без него. Для обеспечения пропуска больших токовых нагрузок сечение контактного провода увеличивается до 120-150 мм².

Контактные подвески делятся на анкерные участки длиной порядка 1200 метров. Сопряжение анкерных участков выполняется, как правило, 4-5 пролетные. Обеспечение надежного токосъема на высоких скоростях достигается за счет уменьшения длин пролётов до 63-65 метров, повышения натяжений НТ и КП с целью выравнивания эластичности по длине пролета и улучшения динамических показателей контактных подвесок.

Динамические показатели:

• Скорость распределения механической волны вдоль КП, Ст, км/ч;

• Коэффициент отражения механической волны, r;

• Коэффициент Доплера, определяющий взаимное соотношение скоростей токоприемника и механической волны, α (V, км/ч);

• Коэффициент усиления контактного нажатия, γ_.

43 ТЭС ВСМ. Динамические показатели контактных подвесок

Контактные подвески делятся на анкерные участки длиной порядка 1200 метров. Сопряжение анкерных участков выполняется, как правило, 4-5 пролетные. Обеспечение надежного токосъема на высоких скоростях достигается за счет уменьшения длин пролётов до 63-65 метров, повышения натяжений НТ и КП с целью выравнивания эластичности по длине пролета и улучшения динамических показателей контактных подвесок.

Динамические показатели:

• Скорость распределения механической волны вдоль КП, Ст, км/ч;

• Коэффициент отражения механической волны, r;

• Коэффициент Доплера, определяющий взаимное соотношение скоростей токоприемника и механической волны, α (V, км/ч);

• Коэффициент усиления контактного нажатия, γ_.

44 ПС ВСМ. Концепции тягового привода

На ВС ЭПС нашли примен-е в наст вр 2 концепции тягового привода:

• Локомотивная (сосредоточенная) – тип ПС с ТЭД установленными на элвозах, которые размещаются по одному в головной и хвостовой частях поезда;

• Моторвагонная (распределенная) концепция – тип ПС с относительно равномерным размещением ТЭД по осям вдоль поезда.

ВС ЭПС в усл-х эксплуатации не переформируется и расцепляется только в депо при проведении ремонтных работ.

В последнее время произв-ли ВС ПС в своих новейших разработках отдают предпочтение распределённой тяге. Считается, что поезда с распред тягой обладают большей полезной площадью пассажировместимости, лучшей разгонной динамикой. Кроме этого распределённая тяга позволяет более эффективно распределять силу тяги по длине состава, что улучшает сцепные хар-ки поезда, приводя к меньшему кол-ву боксования, возможности преодоления более крутых уклонов, снижению износа колесных пар.

Количество ТЭД на современном ВС ПС – от 8 до 16 штук, а их мощность может изменяться от 500 кВт до 1200 кВт.

Результирующая мощность тягового элпривода ЭПС EuroStar – 12,5 МВт.

Самый мощный в мире грузовой электровоз 4ЭС5К «Ермак» имеет мощность 13,1 МВт.

Наиболее важным эл-м ходовой части рельсового экипажа является колесная пара. Колесо являясь движителем, а также сред-м поддержания и задания траектории экипажа, не требует энергии для поддержания необх-го зазора между экипажем и поверх-ю земли, поэтому затраты на передвижение экипажей явл-ся миним-ми. Вместе с тем, система колесо-рельс имеет ряд недостатков:

• Невозможно сделать идеально гладкими железнодорожный путь и колесо;

• Особую сложность представляет процесс прохождения кривых на высоких скоростях;

45 ПС ВСМ. Типы опирания вагонов на тележки, сочлененные вагоны

На ВСМ исп-ся ПС с разными типами опирания вагонов на тележки:

• С двумя двухосными тележками на каждый вагон – данный тип наиболее распространен на ВСМ;

• С одной промежуточной двуосной тележкой для двух смежных вагонов (сочлененные вагоны). В данном типе опирания используются более короткие вагоны;

• С одной промежуточной одноосной тележкой для двух сочлененных вагонов.

Сокращение кол-ва осей позволяет снизить доп-е сопротивление движ-ю от кривых, однако, одновременно заставляет снижать массу и длину вагонов.

Экспл-я поезда из сочленённых вагонов усложняется, поскольку при рем-х работах для поддержания расцепленных вагонов требуются технолог-е тележки.

Практически все перевозки в ВС поездах осущ-ся только в сидячем положении. Искл-ем явл-ся несколько протяженных маршрутов, где используется ВС поезда со спальными вагонами.

На кузов ПС возд-ют высокие аэродин-е нагрузки, в т.ч. и на дверные устройства.

На ВС ПС в качестве наружных дверей вагонов получили распространение «плаг-двери».

Кузов вагонов ВС поездов делается герметичным, а установки вентиляции и кондиц-я воздуха объединяются с системой защиты пассажиров от резких перепадов давления.

В систему жизнеобеспечения вагонов входят емкости для хран-я запасов воды: отдельно для тех-х нужд и отдельно для питья.

Важным элем-м создания комф-х усл-й поездки является информационное обеспечение пассажиров.

46 ПС ВСМ. Конструктивные особенности вагонов, обеспечение безопасности

Движущийся с высокой v поезд является источником повышенной опасности из-за его кинетической энергии.

Типичными и наиболее опасными случаями, приводящими к аварии и катастрофе, являются:

• сход подвижного состава;

• столкновение поездов.

В таких случаях за ПС остается функция пассивной защиты, которая закл-ся в аморт-и удара для сниж-я ускорения-замедления (-а) и обеспеч-я жесткости тех частей кузова, где размещены локом-я бригада и пассажиры.

С этой целью в носовой части кузова 1го и концевого вагонов размещают сцепные устр-ва повышенной энергоемкости, а также аварийные амортизаторы удара:

■амортизаторы удара имеют сотовые (ячеистые) металлические конструкции, которые при ударе сминаются и поглощают знач-е кол-во энергии.

■межвагонные соединения и тамбурные части вагонов проектируют с меньшей плотностью, создавая «жертвенные» части, приним-е на себя знач-ю часть энергии при деформации и позволяющие сохранить от разр-я пассажирский салон.

47 ПС ВСМ. Система наклона кузова

Возможности повышения скорости движения поездов ограничены действием на пассажиров в кривых поперечного или центробежного ускорения:

Макс-но доп-е попер-е ускор-е для ПС опред-ся усилиями, действ-ми на путь, и знач-но превосходит то, которое переносит человек.

Действие в кривых частично снижается устр-м возвышения наруж-го рельса, но полностью быть скомпенс-но таким путем не может при высоких v. При недост-м возвышении наруж-го рельса и невозм-ти увел-я радиуса кривых применяют вагоны с устройством наклона кузова. Производитель такого поезда (Pendollino) Италия.

При использовании таких вагонов некоторая доля ощущается пассажирами как вертикальное ускорение. Во время включения такой система верхняя часть кузова вагона наклоняется к центру кривой, что по воздействию на пассажира равносильно возвышению наружного рельса. Сила не должна быть полностью скомпенсирована, т.к. у пассажира может возникнуть ощущение «морской болезни».

48 Транспорт на магнитном подвесе. ЭМ подвешивание

Исслед-я по созданию ВС транспорта на магнитном подвешивании начали проводиться с 1960-х гг. Начали этим заниматься немцы, создавшие поезд Transrapid. В н. в. главенствующая роль в разв-и такого транспорта принадлежит Японии. Магнитолевитационный принцип движения (Maglev) использует эффект отталкивания и притяжения магнитов.

Преим-м транспорта Maglev является отсут-е силы трения. Если путевую структуру и ПС снабдить развернутым элдвигателем, то можно получить перемещение ПС относ-но путевой структуры. В транспорте Maglev исп-ся преимущественно 2 типа подвешивания:

1. Электромагнитное ЭМП

2. Электродинамическое ЭДП

ЭМП осущся с помощью элмагнитов пост-о тока. Подъем вагонов обесп-ся силами притяжения эл.магнитов к неподвижному ферромагнитному рельсу путевой структуры, при этом достигается сравнитель-но небольшая высота подвеш-я 8-10мм, что предъявляет жесткие требования точности изгот-я и регулир-я ЗП, а также точности регул-я токов в обмотках элмагнитов.

Сила тяги, приводящая ПС в движение, создается взаимодействием МП электромагнитов ПС с бегущим МП 3фазной обмотки статора лин-го синхр-го двиг-ля, размещ-го в путевом полотне.

Сбоку расположены направляющие электромагниты. Снизу—поддерживающие.

Меняя направл-е эл тока (чередованием фаз) в статоре элдвигателя можно поучать разгон или ускорение ПС.

С увел-ем скорости дв-я поезда уменьш-ся сила притяжения ПС к полотну. Для поддержания требуемой высоты подвеш-я необх-мо в процессе дв-я изменять вел-ну тока возбуждения в элмагнитах с помощью быстродейст-й системы управления.

Осн-м недостатком системы ЭМП является малая высота и неустойчивость подвеш-я. Для получения больших значений высоты подв-я требуются более мощные элмагниты. Для этого на ПС используют сверхпроводящие элмагниты, обмотки которых охлаждают криогенной жидкостью.

49 Транспорт на магнитном подвесе. Электродинамическое подвешивание

Исслед-я по созданию ВС транспорта на магнитном подвешивании начали проводиться с 1960-х гг. Начали этим заниматься немцы, создавшие поезд Transrapid. В н. в. главенствующая роль в разв-и такого транспорта принадлежит Японии. Магнитолевитационный принцип движения (Maglev) использует эффект отталкивания и притяжения магнитов.

Преим-м транспорта Maglev является отсут-е силы трения. Если путевую структуру и ПС снабдить развернутым элдвигателем, то можно получить перемещение ПС относ-но путевой структуры. В транспорте Maglev исп-ся преимущественно 2 типа подвешивания:

1.Электромагнитное ЭМП

2.Электродинамическое ЭДП

ЭДП осн-но на действии сил отталкивания сверхпроводящих элмагнитов пост-го тока, размещ-х на ПС, с короткозамкнутыми контурами из токопров-го немагнитного материала (алюминий), расположенными в путевой структуре.

При перемещении источника магнитного поля (ПС) относительно путевых короткозамкнутых контуров в них наводятся токи, стремящиеся вытолкнуть источник магнитного поля из области расположения путевых контуров.

ЭДП при использовании сверхпроводящих магнитов позволяет поднять поезд весом в несколько тонн на высоту 100-150мм. ЭДП может достигаться только при опред-х скоростях движения (70км/ч). Поэтому при разгоне и торможении требуется прим-е колес, напоминающих самолетные шасси.

Для созд-я силы тяги и торм-я на вертикальных стенках пути установлены элмагнитные катушки, питающиеся 3фазным током. Эти катушки во взаимоди со сверхпроводящим магнитом образуют линейный двигатель.

50Транспорт на магнитном подвесе. Сравнение высокосортных магнитных и колесных поездов

Исслед-я по созданию ВС транспорта на магнитном подвешивании начали проводиться с 1960-х гг. Начали этим заниматься немцы, создавшие поезд Transrapid. В н. в. главенствующая роль в разв-и такого транспорта принадлежит Японии. Магнитолевитационный принцип движения (Maglev) использует эффект отталкивания и притяжения магнитов.

Преим-м транспорта Maglev является отсут-е силы трения. Если путевую структуру и ПС снабдить развернутым элдвигателем, то можно получить перемещение ПС относ-но путевой структуры. В транспорте Maglev исп-ся преимущественно 2 типа подвешивания:

1.Электромагнитное ЭМП

2.Электродинамическое ЭДП

Сравнение:

■При одинак-х скоростях движ-я потребление энергии поездом на магнитном подвесе на 25% выше, чем колесным поездом.

■Общая потребность в железе в системе магнитной левитации в 4 раза больше, чем в системе колесо-рельс.

■В 4 раза дороже обходятся преобразователи электроэнергии в системе Maglev.

■Затраты на путевую структуру Maglev в 1,4раза выше.

Плюсом Maglev является наиболее высокая скорость передвижения (600км/ч).

С точки зрения безоп-ти сущ-ет мнение, что транспорт Maglev наиболее предпочтителен, т.к. нет возм-ти схода с рельсов