Организация высокоскоростного движения лекции

Действие центробежной силы неблагоприятно сказывается на комфортабельности езды пассажиров, а также боковом износе наружной рельсовой нити.

Горизонтально действующим силам пассажир будет сопротивляться с большим напряжением, особенно имея в виду внезапность их воздействия.

Для уменьшения влияния центробежной силы на подвижной состав, устраивается возвышение наружного рельса над внутренним.

В результате устройства возвышения наружного рельса как на подвижной состав, так и на пассажиров в боковом направлении будет воздействовать не центростремительная сила J, а J*cos . При этом появляется боковая составляющая силы тяжести подвижного состава, направленная к центру круговой кривой – цен-

где G – вес подвижного состава; h –величина возвышенности наружного рельса над внутренним; S – расстояние между осями рельсов = 1600 мм; aЦС – центростремительное ускорение.

Из рисунка видно, что в боковом направлении центробежной силе J*cos противодействует центростремительная сила H = G*sin . Разность между этими силами определяет уровень регулирующей боковой силы, действующей на подвижной состав и пассажиров, а, следовательно, и уровень комфортабельности езды в

аНП – непогашенное поперечное ускорение. Эта величина по условию комфортабельности езды пассажиров нормируется (ограничивается).

Вмеждународных нормах для ВСМ рекомендуется использовать aНП =

0,4…0,55 м/с2.

Вотечественных нормах – 0,4 м/с2.

11

Максимальная величина возвышенности наружного рельса h ограничена условиями не опрокидывания подвижного состава и определена отечественными нормативными документами на уровне hmax = 150 мм.

2 cos

= 3,62 (НП + ) = 0,058469 2

Для vmax = 400 км/ч – Rmin = 10 000 м, vmax = 350 км/ч – Rmin = 7500 м,

vmax = 300 км/ч – Rmin = 5500 м.

Непосредственное сопряжение прямых участков пути с круговой кривой приводит к тому, что во время движения поезда в направлении от прямого участка пути к кривой в месте сопряжения внезапно возникает центробежная сила.

Для предотвращения внезапного появления этой центробежной силы и обеспечения постепенного ее нарастания между прямой и круговой кривой устраивают так называемую переходную кривую.

Рисунок 2 - схема круговой и переходных кривых (смещение в центр на расстояние Бр)

В начале переходной кривой ее радиус должен быть бесконечно большим, чтобы это начало сливалось с прямой. В конце переходной кривой ее радиус должен быть равен радиусу примыкающей круговой кривой. На всем протяжении переходной кривой ее радиус должен непрерывно изменятся, кроме этого на протяжении переходной кривой должен осуществляться постепенный подъем наружной нити рельсов, и по этой причине переходная кривая имеет пространственную кривизну как в плане, так и в профиле.

12

Рисунок 3 – пространственная кривизна переходной кривой

Для того, чтобы движение экипажей по переходной кривой было плавным с постепенным нарастанием боковых сил и ускорений, очень важно правильно выбрать длину переходной кривой. Длина переходной кривой должна быть различной на участках с разной скоростью движения поездов.

09.10.15

Требования к элементам продольного профиля пути

Продольный профиль пути (ППП) – вертикальный разрез по трассе развернутый на плоскость.

ППП состоит из отдельных прямолинейных элементов, каждый из которых характеризуется протяженностью l [км] и крутизной (уклоном) i [‰].

Рисунок 4 – продольный профиль железнодорожной линии

Уклон ППП – отношение разности высот концов элементов.

= +1 −

13

Величину ППП измеряют в промилях ‰.

1 ‰ = 0,001, = 0 – площадка Величина уклона показывает на сколько метров изменилась высота элемента

на участке протяженностью 1 км.

Горизонтальный элемент профиля пути, уклон которого равен нулю называ-

ется площадка.

При проектировании реальный профиль трассы спрямляют, т.е. объединяют между собой смежные элементы, имеющие близкие значения уклонов. В результате получают более протяженные элементы профиля с некоторым эквивалентным уклоном.

Место сопряжения двух смежных элементов профиля с разными уклонами образуют перелом профиля, характеризуемый алгебраической разностью этих уклонов.

∆ = |(± 2) − (± 1)|, + 2 – для подъемов, − 2 – для спусков.

Прямолинейные участки ППП с целью обеспечения безопасности и комфортабельности передвижения пассажиров сопрягают с помощью кривых в вертикальной плоскости. Однако, в отличие от плана пути, при сопряжении прямых участков в вертикальной плоскости используются только круговые без перемежающихся переходных кривых (переходная – кривая переменного радиуса).

Рисунок 5 – круговая кривая

На ВСМ вертикальные кривые предусматриваются если перелом продольного профиля i ≥ 1‰ (при расчете радиуса необходимо учитывать aЦБ). При этом также как и для плана пути Rmin кривой определяется величиной непогашенного ускорения aНП (т.к. постоянно действует ускорение свободного падения), только для профиля пути это ускорение изменяется в вертикальном положении.

Требуемый радиус вертикальной кривой

2В = 3,62 НП(В)

Предельное максимальное значение aНП(В):

В международных нормах аНП(В) ≤ 0,39 м/с2

По нормам РФ аНП(В) ≤ 0,3 м/с2 – для выпуклых кривых, аНП(В) ≤ 0,4 м/с2

–для вогнутых кривых.

= 400 км⁄ч − В ≥ 32 км

= 350 км⁄ч − В ≥ 25 км

Эти RВ – в 3-5 раз превышают аналогичные для обычных железных дорог.

14

Для вертикальных кривых имеются особые условия, они должны располагаться вне переходных кривых. Наибольший уклон ППП принимают на основании технико-экономических обоснований с учетом ряда факторов, в частности, тяговых энергетических характеристик подвижного состава. Так например, для ВСМ Москва-Казань максимальный уклон не должен превышать 24‰. Руководящий уклон – максимальный уклон.

Во Франции приняты руководящие уклоны до 35‰. При проектировании трассы ВСМ пересечение с существующими и проектируемыми автомобильными, железнодорожными и другими коммуникациями, с целью обеспечения безопасности движения поезда, следует предусматривать только в разных уровнях.

14.10.15

Основные требования к земляному полотну ВСМ

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

ЗП обеспечивает выравнивание земляной поверхности и задает необходимые

– план, профиль и устойчивость ЖД пути, воспринимает нагрузки от рельсошпальной решетки, балласта и подвижного состава, 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

Рисунок 6

Земляное полотно ВСМ включает в себя следующие основные части.

15

Основная площадка ЗП

1 Защитный слой

2 Защитный слой (морозоустойчивый)

Насыпь

Основание насыпи

Рисунок 7 – основные элементы земляного полотна

Основная площадка земляного полотна, на которую укладывают балласт,

шпалы и рельсы, является фактически первым защитным слоем.

Размеры поперечного сечения ЗП, а, следовательно, и объемы строительных работ, определяются в основном шириной основной площадки. Ширина основной площадки ЗП определяется в соответствии со следующим рисунком:

В0

Рисунок 8 - расчетная схема к определению ширины основной площадки ЗП

0 = + Г1 + Г2 + 2 0 ≥ 13 м.

М– ширина междупутья, в зависимости от максимальной скорости движения поездов; Г1, Г2 – расстояние от осей первого и второго пути до опор КС; 2b0 – расстояние от опор КС до бровки основной площадки в зависимости от размеров кабельных лотков и шумозащитных экранов.

Вцелях снижения аэродинамического воздействия встречных поездов друг на друга, расстояние между осями путей 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).

Объем земляных работ по сооружению ЗП зависит кроме ширины основной площадки еще и от крутизны откосов. Крутизна откосов насыпи и выемок определяется высотой или глубиной и находится в пределах 1:1,25 до 1:1,5.

16

ВСМ предъявляют повышенные требования, основными 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 подвижного состава не должна превышать 1 мм. Не допускается деформация основной площадки в следствие морозного пучения и сезонных изменений, вызванных климатическими факторами (оттаивание, промерзание, высыхание).

Максимальная накопленная остаточная деформация основной площадки ЗП ВСМ за весь срок службы не должна превышать 30 мм.

В некоторых случаях с целью повышения стабильности и устойчивости ЗП необходимо предусматривать применение специальных материалов, одним из них является геотекстиль и геосетка.

Для ЗП ВСМ необходимо постоянно контролировать величины прочностных характеристик грунтов с той целью, чтобы их значения не отличались от проектных.

17

21.10.15

Особенности верхнего строения пути ВСМ

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)

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

Толщина балластного слоя и расстояние между шпалами должны быть такими, чтобы давление на ЗП не превышало величины обеспечивающей его упругую осадку. В связи с особой важностью учета динамики взаимодействия пути и ЭПС на ВСМ, нормы проектирования и строительства ВСП на них существенно отличаются от обычных железных дорог.

С целью обеспечения плавного движения ЭПС и поддержания надлежащего состояния пути на ВСМ до начала строительства создается специальная реперная система – высокоточная координатная система, которая является измерительным базисом для контроля фактического положения пути в плане и профиле.

Особого внимания на ВСМ требует динамическое взаимодействие ЭПС и пути в горизонтальной плоскости (высокие центробежные силы, экстренные торможения на больших скоростях). Горизонтальные силы взаимодействия ЭПС и ВСП при росте скорости увеличиваются очень существенно и практически определяют условия безопасности движения поездов.

Рельсы

К рельсам предъявляют повышенные требования с точки зрения их прочностных характеристик и прямолинейности. В большинстве стран мира на ВСМ применяют рельсы тяжелых типов массой более 60 кг на погонный метр.

18

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

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

Искривления рельсов в вертикальных и горизонтальных плоскостях не должны 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 на рельсосварочных предприятиях с тщательным многоуровневым контролем качества сварных швов. «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.

Рельсовые скрепления

На ВСМ так же как и на обычных железных дорогах соединение рельс со шпалами осуществляется рельсовыми скреплениями. Основными требованиями к рельсовым скреплениям являются:

1 Обеспечение упругой связи (степени прижатия) рельса со шпалами (подрельсовыми основаниями)

2Высокое сопротивление продольному сдвигу рельса

3Демпфирование силовых воздействий в системе колесо-рельс

4Возможность регулирования рельса в плане и по высоте

5Надежность, долговечность и ремонтопригодность

Кнастоящему времени на ВСМ наибольшее распространение получили скрепления с прутковыми клеммами.

Уравнительные приборы

В бесстыковых рельсовых плетях при изменении температуры могут возникать большие температурные усилия. Температурные усилия в рельсах опасны

19

тем, что при высоких температурах может возникнуть потеря продольной устойчивости (выброс рельсов), а при низких температурах разрыв рельсовых плетей.

На ВСМ применяют бесстыковой путь температурно-напряженного типа, не требующий снятия температурных усилий. Для компенсации температурных удлинений рельсов на ВСМ устанавливаются уравнительные приборы (уравнительные стыки) только в тех местах, где выброс рельсов особенно опасен (перед ИССО или стрелочными переводами).

Внастоящее время на ВСМ применяется две конструкции ВСП:

1Рельсошпальная решетка (РШР) с железобетонными шпалами, уложенная на балласт

2Рельсы, уложенные на железобетонные подрельсовые основания (безбал-

ластная 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 пес- чано-гравийной смеси или щебня размером от 5 до 25 мм. Это подбалластный слой.

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.

Значительные горизонтальные силы, воздействующие на рельсошпальную решетку могут приводить к ее поперечным сдвигам.

ЧС2м 200 км/ч – сдвиг РШР на 33 мм.

Основным фактором препятствующим поперечному сдвигу РШР является сила трения шпал о балласт. По нормам РФ на ЖД, в т.ч. и на ВСМ, предусматривается укладка стандартных железобетонных шпал (каждая шпала весит 280 кг) и эпюрой 1840 мм/км (0,55 м расстояние между 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 направлениях;

Подъем частиц балласта под действием аэродинамических сил при высоких скоростях движения. Для предотвращения этого недостатка практикуют использование 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.



20