Оценка комфортабельности движения поездов в кривых участках пути на отечественных железных дорогах

ВВЕДЕНИЕ

При движении экипажа в кривом участке пути помимо его веса, на него действует так называемая центробежная сила. Эта сила прижимает экипаж к наружной рельсовой нити, перегружая ее, и увеличивая сопротивление движению экипажа, что ускоряет износ наружного рельса, кроме того, вызывает крен кузова на рессорах, вследствие чего смещается центр тяжести подрессорного и надрессорного строений. В результате может возникать перегрузка наружной рельсовой нити как от непосредственного действия центробежной силы, создающей опрокидывающий момент, так и за счет веса экипажа, линия действия которого отклоняется от оси колеи, что приводит к нарушению комфортабельности движения поездов [1, 2].
На отечественных железных дорогах по условиям обеспечения безопасности движения поездов номинальное значение максимального поперечного непогашенного ускорения, направленного наружу кривой (анп), не должно превышать 0,7 м/с² на уровне буксы подвижного состава [3].
Для уменьшения неблагоприятных последствий центробежной силы в кривых участках пути устраивают возвышение наружного рельса над внутренним по нормам, указанным в ЦПТ-44/17, а также ЦП-774 [3].











1. ОЦЕНКА КОМФОРТАБЕЛЬНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ В КРИВЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ

1.1. Определение расчетного возвышения наружной рельсовой нити и непогашенного ускорения в кривых участках пути

Величина возвышения наружного рельса, обеспечивающая соблюдение вышеуказанного условия для пассажирского поезда, определяется по формуле:

, (1.1)

где Vmax пас – максимальная установленная скорость движения пассажирского поезда, км/ч;
R – радиус круговой кривой, м.
115 – величина недостатка возвышения, рассчитанная из условия непревышения установленной нормы непогашенного ускорения (0,7 м/с²).
По технико-экономическим показателям для сохранения приемлемого уровня расстройств и износов верхнего строения пути грузовые поезда должны следовать по кривым со скоростями, соответствующими диапазону непогашенных ускорений ± 0,3м/с², а оптимальным является диапазон
+0,05-0,1 м/с2 [2, 3].
Величина возвышения, соответствующая непогашенному ускорению
+0,3 м/с2 для грузового поезда определяется по формуле:

, (1.2)

где Vmax гр – максимальная установленная скорость движения грузового поезда, км/ч.
50 – величина недостатка возвышения, рассчитанная из условия непревышения установленной нормы непогашенного ускорения (0,7 м/с²).
Величина возвышения, соответствующая непогашенному ускорению
–0,3м/с² при минимальной скорости движения грузового поезда определяется по формуле:

, (1.3)

где Vmin гр – минимальная установленная скорость движения грузового поезда, км/ч.
Полученные в результате расчета возвышения (hvmax пас., hvmax гр. и
hvmin гр.) округляются до величин, кратных 5 мм в большую сторону, т.е. 19,8 = 20 и 20,8 = 25 [1, 2]. При производстве работ по устройству возвышения рекомендуется полученную расчетом величину увеличить на 5 мм с учетом последующих осадок пути, если наружная нить является полевой.
Минимальная величина возвышения в кривых (кроме закрестовинных и на стрелочных переводах) должна быть не менее 15 мм.
Если 0 ≤ (hv max пас или hv max гр) ≤ 15 мм, то возвышение принимается равным 15 мм [1, 2].
Установленное возвышение наружного рельса (hу) должно быть не менее 30 мм и не более 95 мм. То есть, если по результатам выбора hу по таблице 1.1, получается значение менее 30 мм, то необходимо принять 30 мм, если более 95 мм, то принимается 95 мм. Например, hу получается 25 мм, принимаем 30 мм; hу получается 50 мм, принимаем 50 мм, hу получается 125 мм, принимаем 95 мм.
Установленное возвышение hу определяется по данным таблицы 1.1.


Таблица 1.1 – Определение установленного возвышения hу



1.2. Определение расчетных длин переходных кривых по допускаемому уклону отвода возвышения

В целях недопущения внезапного возникновения дополнительных сил в кривой и более плавного перехода поезда с прямого участка пути в кривой или из кривой одного радиуса в кривую другого радиуса (в составных кривых) устраивают участки переменной крутизны – переходные кривые. На их протяжении осуществляют плавные отводы возвышения наружной рельсовой нити и уширения колеи. Переходные кривые делаются путем смещения круговой кривой к ее центру.
Длина переходной кривой зависит, прежде всего, от скорости движения поезда, величины отвода возвышения наружного рельса, ограничения скорости подъема колеса по возвышению, ограничения скорости нарастания непогашенного ускорения и от ряда других факторов.
Длина переходной кривой определяется в зависимости от расчетной величины возвышения наружного рельса и от количества главных путей. Длины переходных кривых определяются по следующей формуле [1, 2, 3]:

, (1.9)

где i – допускаемый уклон отвода возвышения наружного рельса, ‰. Принимается согласно действующей Инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути [3].
Уклон устраивается на всей длине переходной кривой. Допускается до проведения планового ремонта пути сохранение уклонов на отрезках длиной не менее 30 м.
В соответствии с СТН Ц-01-95 длина переходной кривой должна быть не менее [4]:
– 20 м при радиусе кривой 1800 м и более;
– 30 м при радиусе кривой от 1799 до 1000 м;
– 40 м при радиусе кривой от 999 до 700 м;
– 60 м при радиусе кривой от 699 до 600 м;
– 80 м при радиусе кривой менее 600 м.
Во всех случаях между концами переходных кривых должна оставаться круговая кривая длиной не менее 15-20 м [2, 3].
Полученные в результате расчета длины переходных кривых заносятся в таблицу 1.4.
Таблица 1.4 – Пример таблицы с результатами расчета длин переходных кривых


1.3 Определение норм устройства кривых по критериям анп и ψ

На участках пассажирского, грузового, совмещенного, скоростного и особенно высокоскоростного движения величину hу = hр, найденную из формул (1.1), (1.2) и (1.3), проверяют на соблюдение нормы непогашенного ускорения по формулам (1.6), (1.7), (1.8).
Если ускорение, подсчитанное по этим формулам, окажется больше установленной нормы, равной 0,7 м/с², то скорость движения по кривой также ограничивается.
Помимо этого еще проверяют скорость изменения непогашенного ускорения на соблюдение нормы, равной [ψ] = 0,6 м/с³ по формуле:
1) при совпадении отводов возвышения и кривизны:

; (1.10)

2) если такого совпадения нет:

, (1.11)

где анп – максимальная величина непогашенного ускорения, принимаемая из анп max пас, анп max гр, и анп min гр;
V – максимальная установленная скорость движения поездов, км/ч (обычно принимается по Vmax пас.);
L – расчетная длина переходной кривой, принимаемая с учетом норм СТН Ц-01-95;
анп1 и анп2 – величины непогашенного ускорения в смежных точках, соответствующих началу и концу отводов по кривизне и возвышению;
∆L – расстояние между смежными точками, соответствующими началу и концу отводов по кривизне и возвышению.
Отвод возвышения наружного рельса в кривой устраивается плавно на протяжении всей переходной кривой, а при ее отсутствии – на прямой с уклоном не более 0,001‰ при скорости движения не более 140 км/ч и 0,0067‰ при скорости движения свыше 140 км/ч. А при ее отсутствии – в начале круговой кривой. В конце переходной кривой возвышение наружного рельса должно быть полным.
Если в составной кривой в пределах участков разного радиуса установлено разное возвышение наружного рельса, то отвод возвышения (большего к меньшему) выполняется в пределах сопрягающей переходной кривой, а при ее отсутствии или недостаточной длине – в пределах кривой большего радиуса.
Полученные в результате расчета величины изменения непогашенного ускорения заносятся в таблицу 1.5.