Возвышение наружного рельса

Возвышение наружного рельса в кривом участке пути, как его найти. Недостаток и увеличение возвышения наружного рельса, придельное возвышение.

Максимальная скорость движения поезда в кривой зависит от центробежных сил во взаимодействии подвижного состава и пути, которые в свою очередь определяют устойчивость подвижного состава против опрокидывания, поперечную нагрузку на путь, уровень комфорта для пассажиров и сохранность груза.

Первые два критерия непосредственно относятся к безопасности движения поездов, третий и четвертый — к качеству пассажирских и грузовых перевозок.

Для нейтрализации центробежной силы в кривых наружный рельс укладывают с некоторым возвышением относительно внутреннего. Это возвышение обычно измеряется в миллиметрах.

Центробежная сила, действующая в сторону наружного рельса кривой, за счет возвышения наружного рельса может быть погашена полностью, частично или даже чрезмерно (при этом результирующая сила действует в сторону внутреннего рельса).

На практике для таких случаев в зависимости от степени компенсации центробежной силы используют понятия достаточного, недостаточного и избыточного возвышения, также выражаемого в миллиметрах.

Теоретическое возвышение наружного рельса d th , мм, в зависимости от скорости v, км/ч, и радиуса кривой r, м, рассчитывают по формуле: Пользуясь ею и учитывая накопленный опыт, железные дороги устанавливают стандарты на геометрические параметры пути, в частности, на допустимый для принятой на данной линии скорости движения поездов недостаток возвышения наружного рельса в кривых, при котором обеспечиваются достаточные уровень комфорта для пассажиров и сохранность грузов.

Для колеи 1520 мм это возвышение(в мм) рассчитывается по формуле:

                                  Hp=12.5V² ⁄ R

где: V — скорость движения (км/ч); R — радиус круговой кривой в метрах.

 Недостаток возвышения наружного рельса

При рассмотрении проблемы определяют не только то, каким может быть недостаток возвышения, увеличивающийся по мере повышения скорости (иначе говоря, каково может быть максимально допустимое поперечное ускорение), но и производную ускорения во времени, иногда называемую фактором толчкового эффекта.

Предъявляемые требования весьма строги, поскольку , например, предполагается, что пассажиры должны иметь возможность читать, принимать пищу и ходить по вагону при движении поезда.

В силу различий между конструкциями подвижного состава железнодорожного и автомобильного транспорта к последнему предъявляются менее строгие требования, благодаря чему автомобили могут двигаться по шоссе с большей скоростью, чем поезда по параллельной линии, что отрицательно сказывается на конкурентоспособности железнодорожного транспорта.

Для преодоления этих затруднений на ряде железных дорог в последнее время все шире внедряется подвижной состав, в конструкции которого заложена возможность компенсации недостатка возвышения наружного рельса в кривых. Такие поезда известны как состоящие из вагонов с наклоняемыми кузовами.

Концепция этих поездов основана на использовании разницы между предельными величинами указанного недостатка возвышения по комфорту (эта величина равна 150 мм) и по безопасности (эта величина определяется из условий предотвращения опрокидывания вагонов или поперечного смещения пути).

Для сохранения требуемого уровня комфорта кузов принудительно наклоняется внутрь кривой, тем самым давая пассажирам ощущение того, что возвышение наружного рельса больше, чем в действительности.

С применением технологии наклона кузовов вагонов поезда могут в обычной эксплуатации обращаться на линиях с кривыми, имеющими недостаток возвышения наружного рельса до 260 мм (на некоторых железных дорогах в опытном порядке и до 300 мм).

Технология наклона кузовов уже достаточно хорошо известна. Тем не менее следует отметить, что МСЖД недавно подготовил проект документа 518 по приемочным испытаниям поездов, в которых эта технология применена, и в настоящее время готовит документ по параметрам инфраструктуры линий, на которых предполагается пустить такие поезда в обращение.

Необходимо также иметь в виду, что при интенсивной работе систем наклона кузовов, т. е. на линиях с большим числом последовательно расположенных обратных кривых малого радиуса, недостаток возвышения наружного рельса может вызвать у некоторых пассажиров ощущение морской болезни.

Это явление объясняется частым попеременным поворотом кузова в разные стороны относительно продольной оси и особенно заметно при большой амплитуде (большом угле) наклона.

Помимо квазистатических ускорений, обусловленных некомпенсированными центробежными силами, имеют место динамические, обусловленные отклонениями в геометрии пути. При рассмотрении способов повышения уровня комфорта путем устранения причин динамических ускорений можно допустить некоторое увеличение статических.

Поэтому для повышения скорости движения поездов в кривых за счет указанного фактора железные дороги расширяют полигон применения бесстыкового пути, повышают качество подбивки балласта современными путевыми машинами и улучшают демпфирующие характеристики рессорного подвешивания подвижного состава.

Увеличение возвышения

Железные дороги, желающие применить технологию наклона кузовов вагонов, должны приобретать специализированный подвижной состав. Поскольку его цена выше, чем обычного, срок окупаемости может оказаться неприемлемым.

Для повышения скорости движения поездов с использованием обычного подвижного состава целесообразно рассмотреть возможность увеличения возвышения наружного рельса в кривых.

Предельная величина возвышения установлена равной 150 мм. Эта величина остается неизменной в сторону увеличения в течение длительного времени, поскольку необходимо обеспечить устойчивость вагонов поездов, движущихся в данной кривой с низкой скоростью или остановившихся в ней, и комфорт для находящихся в них пассажиров.

На линиях с преимущественным обращением грузовых поездов она может быть ограничена 130 мм. В то же время могут быть исключения.

Так, на железных дорогах Франции, где подход несколько иной, для линий, по которым обращаются обычные или высокоскоростные моторвагонные поезда, верхний предел допустимой величины возвышения поднят до 180 мм.

Поэтому при определении максимального возвышения наружного рельса в кривых необходимо убедиться, хотя бы теоретически, в том, что это не приведет к неблагоприятным последствиям для безопасности движения поездов, прежде всего в отношении схода подвижного состава с рельсов, что особенно важно для вагонов с жесткими рамами, более чувствительных к нарушениям геометрии пути. Естественно, при этом принимаются во внимание и экономические соображения.

Между прямой и следующей за ней круговой кривой устраивают переходную кривую, обычно имеющую форму клотоиды с постепенно уменьшающимся радиусом. В этой переходной кривой возвышение наружного рельса также постепенно увеличивается от нуля до установленной для данной круговой кривой величины.

Темп нарастания возвышения характеризуется постоянным для данной кривой градиентом, величина которого определяет интенсивность так называемого скручивания пути, также подлежащего проверке на устойчивость подвижного состава.

Это значит, что для увеличения возвышения наружного рельса круговой кривой с сохранением обеспечивающего безопасность движения поездов градиента его нарастания в переходной кривой необходимо увеличить длину последней. Однако это не всегда осуществимо, особенно если в пути имеют место следующие одна за другой с небольшими промежутками обратные кривые.

Для преодоления этого затруднения предложено сохранить длину переходных кривых, но отказаться от уменьшения их радиуса пропорционально алгебраической длине, т. е. допустить непостоянство градиента возвышения наружного рельса.

Увеличение возвышения наружного рельса при разных значениях градиента нарастания возвышения в переходной кривой:

зоны 1 и 2 — переходная кривая;

зона 3 — круговая кривая;

g 0 — постоянный градиент возвышения;

g 1 , g 2 — разные значения переменного градиента возвышения

Соотношение между направляющей силой Y и нагрузкой от колеса Q является решающим фактором безопасности движения поезда по «скручивающемуся» пути. МСЖД определил критическую величину отношения Y/Q равной 1,2.

Однако в ходе ряда испытаний на железных дорогах Франции установлено, что допустима бóльшая величина этого отношения, в каждом отдельном случае зависящая от угла набегания колес на рельсы или, иначе говоря, от радиуса кривой.

Из этого следует, что для обеспечения безопасности в отношении схода подвижного состава допустимая степень скручивания пути в кривых большого радиуса может быть больше, чем в кривых малого радиуса.

Отсюда вытекает возможность устройства переходной кривой, в которой возвышение наружного рельса постепенно доходит до 180 мм (по крайней мере, в кривых радиусом более 420 м) при сохранении исходной длины данной переходной кривой.

Более того, согласно результатам исследований в кривых радиусом более 1000 м возвышение наружного рельса может быть доведено до 200 мм при условии, что градиент нарастания возвышения не превышает 2 мм/м.

Однако указанные допущения необходимо проверить на практике с точки зрения комфорта для пассажиров, сохранности грузов, а также проблем с укладкой и содержанием пути с меняющимся градиентом нарастания возвышения наружного рельса в переходных кривых.