Размещено на http://www.allbest.ru/

Основы проектирования железной дороги

1. Общие основы проектирования жд. Состав и содержание СТН Ц-01-95

Проекты должны обеспечивать достижение высокой производительности труда, снижение трудоёмкости, экономию сырья, металла и других материалов, топлива и энергии.

Проектирование и строительство новых жд рекомендуется осуществлять при полном использовании мощностей действующих линий и обеспечении районов предполагаемого строительства трудовыми ресурсами, а так же при освоении новых районов.

Проекты должны быть обеспечивать высокие показатели процесса перевозок при min их себестоимости, а так же высокое качество сооружений и возможность завершения строительства в сжатые сроки при наименьших затратах. Особое внимание должно уделяться вопросам надёжности, безопасности движения поездов, охраны окружающей среды.

В соответствии со СНиП 32-01-95 (строительные нормы и правила) были разработаны Строительно-технические нормы МПС РФ "ЖД колеи 1520мм" СТН Ц-01-95. В них изложены нормы проектирования продольного профиля и плана пути, требования к размещению раздельных пунктов, нормы и правила проектирования всех сооружений и устройств жд (ЗП, ВСП, мостов и труб, тоннелей станций и узлов, СЦБ и связи, путевого, пассажирского, грузового, локомотивного и вагонного хозяйств, водоснабжения, канализации, теплоснабжения, электрификации, жилых и общественных зданий и др.)

СНиП и СТН предусматривают максимальные скорости движения поездов, также в СТН есть графики по которым определяют допустимые и рекомендуемые нормы для величин (которые в четвертом вопросе т. е алгебраическая разность и lэл) при различных условиях.

2. Основы выбора направления проектируемой жд и руководящего уклона

На выбор направления проектируемой жд оказывают влияние экономические и природные условия

Экономические условия определяют опорные пункты трассы, т.е. те экономические центры района, через которые или вблизи которых должна пройти проектируемая жд.

Природные условия определяют фиксированные точки, т.е. точки на местности, через которые целесообразно провести трассу по топографическим и другим природным условиям.

Опорные пункты и фиксированные точки могут быть сформированы в возможные варианты направления

Количественные характеристики направления:

1. Геодезическая (воздушная) линия L₀, км

2. Длина по прямой отдельных участков l₀, км

3. Уклон естественный (средний) i_{ест (ср)} = h/l₀

4. Сумма преодолеваемых высот (туда и обратно) ?h_{т (о)}

5. Количество пересекаемых крупных водотоков.

Руководящий (расчётный) уклон - iр - это уклон неограниченной протяжённости, преодолеваемый поездом расчётной массы с расчётной скоростью с одним локомотивом.

i_p = (F_{к (р) -} P*w₀'*g - Q*w₀''*g) / ( (P+Q) *g)

F_{к (р) -} расчётная сила тяги;

P - масса локомотива;

Q - масса состава вагонов:

(P+Q) - масса поезда

g=9.81

w₀' и w₀'' - основные удельные сопротивления соответственно локомотива и вагонного состава

Для особо грузонапряжённых линий i_p ? 9 ‰; на линиях I категории i_p ? 12 ‰, II категории - i_p ? 15 ‰

3. Элементы продольного профиля трассы. Классификация уклонов. Сопряжение элементов продольного профиля

Продольный профиль жд характеризуется крутизной, длинной и способами сопряжения смежных (соседних) элементов в точках их пересечения.

Крутизна элемента определяется его уклоном i, т.е. тангенсом угла наклона ? элемента к горизонту. tg? = 0.009 - > i = 9 ‰ - > 9 м на 1 км.

Точку сопряжения двух смежных элементов продольного профиля называют "перелом профиля". Перелом характеризуется алгебраической разностью сопрягаемых уклонов Дi = i₂-i₁ - разность уклонов.

Длину элемента профиля отождествляют с её проекцией на горизонтальную плоскость; при относительно малой крутизне уклонов продольного профиля, применяемых на жд, допускаемая при этом погрешность незначительна.

Классификация уклонов:

1. Ограничивающий уклон - это уклон, который ограничивает max крутизну элементов продольного профиля

2. Уклоны проектирования - это уклоны, которые оказывают влияние на баланс энергии движущегося поезда (режим движения поезда)

Ограничивающие уклоны:

Руководящий (расчётный) уклон - iр - это уклон неограниченной протяжённости, преодолеваемый поездом расчётной массы с расчётной скоростью с одним локомотивом.

i_p = (F_{к (р) -} P*w₀'*g - Q*w₀''*g) / ( (P+Q) *g)

F_{к (р) -} расчётная сила тяги;

P - масса локомотива;

Q - масса состава вагонов:

(P+Q) - масса поезда

g=9.81

w₀' и w₀'' - основные удельные сопротивления соответственно локомотива и вагонного состава

Для особо грузонапряжённых линий i_p ? 9 ‰; на линиях I категории i_p ? 12 ‰, II категории - i_p ? 15 ‰

Уклон усиленной тяги - iус (уклон кратной тяги - iкр) - это уклон крче руководящего, в общем случае неограниченной протяжённости, преодолеваемый поездом расчётной массы с расчётной скоростью с 2-мя или несколькими локомотивами.

i_p = (n*F_{к (р) -} n*P*w₀'*g - Q*w₀''*g) / ( (n*P+Q) *g)

n - число локомотивов

max усиленный уклон ~ в 2 раза больше руководящего

Уравновешенный уклон - iур - это уклон круче руководящего в общем случае неограниченной протяжённости, применяемый в "негрузовом" направлении при ярко выраженной неравномерности перевозок по направлениям

i_p = (F_{к (р) -} P*w₀'*g - Q_обр*w₀''*g) / ( (P+Q_обр) *g)

Qобр - масса поезда в обратном направлении

Инерционный уклон - i_j - это уклон круче руководящего ограниченной протяжённостью, преодолеваемой поездом расчётной массы не только за счёт силы тяги, но и за счёт запаса кинетической энергии, накопленной поездом на предыдущем участке

Уклоны проектирования:

Вредные уклоны - это уклоны, требующие торможения (что бы не превысить max допустимую скорость на спуске)

Предельный безвредный уклон примерно равен основному сопротивлению поезда в режиме холостого хода (?_ох) ? 1,5 - 2,5 ‰

Средний уклон - iср - уклон, определяемый между двумя точками на профиле без учёта отметок промежуточных точек (в тяговых расчётах он называется спрямлённым уклоном)

Эквивалентный уклон - iэк - уклон, численно равный сопротивлению от кривой

i_эк = w_r; w_r = 700/R Н/кН

Приведенный уклон - iк - представляет собой алгебраическую сумму действительного и эквивалентного уклонов

i_к = ±i_д + i_эк

Сопряжение элементов продольного профиля

Тв = Rв * Дi / 2000

4. Проектирование продольного профиля на перегонах по условиям безопасности, плавности и бесперебойности движения поездов

Безопасность и плавность:

1. Продольные усилия в поезде и скорость их распространения не должны превышать допустимых величин:

Автосцепка выдерживает: при длительном режиме 1000 кН (100т), 2000 кН (200т)

Необходимо ограничивать:

Дi max - алгебраическая разность

lэл min

На участках тормозных спусков применяются только рекомендуемые нормы. В остальных случаях можно допускать допускаемые нормы

2. Должно быть обеспечено предохранение земляного полотна от размыва и затопления.

Hmin = H_{увв_P%} + h_н + z +0.5

H_{увв_P%} - уровень высоких вод с заданной вероятностью превышения

P = 0.33

h_н - высота нагона волны

z - высота подбора воды из-за строительства жд

0,5 - технический запас

3. Должно быть обеспечено безопасное пересечение с другими путями сообщения.

Hmin = Hгр +h + c - d

Hгр (СГР) - отметка головки рельса существующей жд

h - габаритное возвышение пролётного строения путепровода над головкой рельса существующей жд

с - строительная высота пролётного строения

d - высота верхнего строения пути

Бесперебойность:

1. Фактическое сопротивление движению поезда не должно быть больше расчётного. Для этого производится смягчение ограничивающего уклона а пределах круговой кривой и в туннелях.

2. На подходах к раздельным пунктам должно быть обеспечено трогание поезда с места с удержанием поезда дополнительными тормозами локомотива.

3. При проектировании продольного профиля необходимо учитывать снегозаносимость трассы.

5. Элементы плана трассы. Круговые и переходные кривые. Проектирование смежных кривых. Взаимное проектирование элементов продольного профиля и плана трассы

План трассы состоит из: прямых, круговых кривых, переходных кривых.

Круговые кривые нужны для плавного соединения прямых, расположенных под углом друг к другу

К - длина круговой кривой, м

Т - тангенс - настояние от НКК/ККК до ВУ; Т=R* tg (a/2);

Б - биссектриса - расстояние от ВУ до круговой кривой по нормали.

h, мм - возвышение наружного рельса (150мм - max для магистральных жд)

а_нп - непогашенное поперечное ускорение (допускаемое 0,7м/с²)

h = 12.5*V_max^2/R - 115

h = 12.5*V_гр^2/R +50

min длина круговой кривой k_min =20

Переходные кривые

В пределах переходных кривых производится плавное изменение кривизны пути; плавный отвод возвышения наружного рельса; на двухпутных линиях производится уширение междупутья

P = 24*l_п²/R - на сколько отодвигаем точку O₁ от O

T_c = T+T_р+m - хз, что это - вроде тангенс какой-то

m - проекция половины переходной кривой на круговую кривую

l_п = h*V_max/100

Смежными (зависимыми) кривыми называют соседние кривые, одна из которых оказывает влияние на условия движения поезда по другой. Чем больше длина прямой вставки между кривыми, тем лучше. Задача проектирования смежных кривых в трудных условиях состоит и установлении min длины прямой вставки между ними. Длину прямой вставки измеряют между точками начал переходных кривых (ПНК)

lп - длина переходной кривой

a - строительная вставка. Должна быть не менее 150м.

а_стр = а +l_п1/2 + l_п2/2

Взаимное проектирование элементов продольного профиля и плана трассы.

Нормы проектирования, как правило, не допускают совпадения вертикальных кривых с переходными кривыми; переломы профиля должны располагаться вне переходных кривых на расстоянии от их начала или конца не менее тангенса вертикальной кривой Тв. Поскольку при проектировании схематического продольного профиля переходные кривые плана, как и вертикальные кривые, не показывают, то расстояние от перелома профиля до конца несдвинутой круговой кривой должно быть не менее Тв + l/2, где l - длина переходной кривой.

6. Технология трассирования жд. Классификация трассировочных ходов. Приёмы трассирования на напряжённых и вольных ходах

Трасса жд - это пространственная линия, проходящая по оси пути в уровне бровки земляного полотна

Виды трассирования: камеральное и полевое

Классификация трассировочных ходов:

1. Вольный ход: iтр > iест (ср)

2. Напряжённый ход: iтр ? iест (ср)

iтр = iр - iэк

iр - руководящий уклон;

iэк - эквивалентный уклон; iэк = wr = 700/R Н/кН=‰

Главная задача трассирования на участке вольного хода - это проектирование трассы между фиксированными точками или опорными пунктами по прямой.

Главная задача на напряжённом ходу - это укладка трассы с min расчётным развитием и с max использованием руководящего уклона при преодолении высотных препятствий. Для нахождения плана трассы на участке напряжённого хода используется приём укладки линий нулевых работ.

7. Размещение раздельных пунктов

Классификация раздельных пунктов:

1. С путевым развитием - разъезд (на однопутных линиях), обгонный пункт (на двухпутных линиях), станция.

2. Без путевого развития - проходные светофоры (путевые посты)

Размещение раздельных пунктов - это размещение осей раздельных пунктов и станционных площадок в процессе проектирования трассы жд

Сначала размещаются участковые станции на расстоянии 200-300 км. Затем между ними размещаются 3-4 промежуточные станции

Размещение раздельных пунктов на однопутных жд

На линиях 1-ой и 2-ой категории разд пункты размещаются из условия заданной пропускной способности n_р. На линиях 3, 4 категории разд пункты размещаются из условия обеспечения заданных объёмов перевозок на 10 год эксплуатации.

T_пер = t'+t''+t₁+t₂ = t'+t''+2*t (1)

Т_пер - период графика - это время между отправкой одного поезда и второго поезда (вроде с той же станции)

t - станционный интервал (5-7 мин)

t', t'' - время хода поезда туда и обратно

n_max = 1440/ Т_пер - max пропускная способоность (mb (1440-t_техн) /Т_пер, t_техн=60 мин. для однопутной линии)

T_пер = 1440/n_р (2)

t_р = 1440/n_р - 2*t > из (1) и (2) (t_р = t'+t'')

Это значит, что ось раздельного пункта должна быть размещена в том месте трассы, где суммарное время хода пары поездов по перегону равно расчётной

Размещение раздельных пунктов на двухпутных жд

T_пер = I (интервал попутного следования)

t_гр - t_пс ? I > разность времени хода грузового и пассажирского поездов по перегону ? расчётному интервалу между грузовыми поездами - при этом происходят одиночные обгоны на всех раздельных пунктах. Если будет < I, то обгоны будут происходить не на всех пунктах. Если >I, то будут двойные обгоны. Min продолжительность стоянки грузового поезда будет при кратности I.

8. Проектирование плана и профиля раздельных пунктов

План (при V<150км/ч, Радиусы Р - 1500-2000м > хз, к чему это)

Запрещается горловины проектировать в кривых.

В пределах одного пути запрещается проектировать кривые разного направления (обратные кривые)

Продольный профиль

На раздельных пунктах, где нет маневровых операций, max уклон i_max ? 10‰. Если есть маневровые операции, i_max = 1,5ч2,5‰.

В любом случае уклон должен обеспечивать:

1. трогание поезда с места

i_ст ? i_тр = (1.35*i_р - 35), ‰; i_тр - трогание с места

2. Долговременное удержание поезда дополнительными тормозами локомотива

i_ст ? i_торм = (0.45*i_р + 1,5), ‰

9. Расчёты стока поверхностных вод

W, м³ - объём стока

Q, м³/с - расход стока

Дождевой сток W=F*h_в

h_в = h_д - (h_i+h_см+h_мр) - глубина слоя водоотдачи

h_i - глубина впитывания в грунт

h_см - глубина слоя смачивания растительности

h_мр - глубина слоя, заполняющего микрорельефа

а₁ = h_в/t_в, мм/мин

t_в - время водоотдачи

h_в=a₁*t_в

Q = W/t_в = F*h_в/t_в = F*a₁; W = F*a₁*t_в

Q = 16.7*a₁*F*f*g, м³/с

W = 1000*a₁*t_в*F*g, м³

Уравнение Кочерни: Q_соор = Q_пр* (1-W_ак/W_пр), м³/с

Q_соор - расход сооружения

Q_пр - расход притока

W_ак - объём воды, аккумулируемой перед сооружением

W_пр - объём притока

10. Размещение, выбор типов и отверстий малых водопропускных сооружений

Водоотводы: продольные и поперечные

Малые водопропускные сооружения:

1. Мосты L? 25 м;

2. Трубы (круглые, квадратные) (железобетонные, металлические; бетонные);

3. Лотки;

4. Фильтрующие насыпи;

5. Дюкеры;

6. Акведуки.

Уравнение Кочерни: Q_соор = Q_пр* (1-W_ак/W_пр), м³/с

Q_соор - расход сооружения

Q_пр - расход притока

W_ак - объём воды, аккумулируемой перед сооружением

W_пр - объём притока

Подбор отверстия:

1. Сооружение должно пропускать не менее 1/3 расхода притока;

2. Расчётный расход должен быть в безнапорном режиме;

3. Должно быть обеспечено условие сохранности насыпи от размыва и затопления;

железная дорога уклон профиль

4. Высота насыпи должна быть достаточной для размещения водопропускных сооружений.

11. Обоснование эффективности инвестиционных проектов. Коммерческие и бюджетные проекты

Денежные показатели:

К, руб - капитальные завтраты;

С, руб/год - ежегодные эксплуатационные расходы

Д, руб - доход

Классификация способов обоснования экономической эффективности:

1. Абсолютная эффективность ("нужно или нет?")

2. Относительная эффективность ("какой вариант лучше относительно других?")

3 уровня эффективости:

1. Бюджетная

2. Коммерческая;

3. Социальная

Обоснование экономической эффективности:

1. Одноэтапные кап. вложения (Ex.: K1>K2; C1<C2)

Срок окупаемости - это срок, в течении которого дополнительные капитальные вложения в более дорогой вариант окупаются за счёт экономии эксплуатационных расходов. t_ок = (К₁-К₂) / (С₂-С₁), лет

Нормативный срок окупаемости - это величина, обратная коэффициенту эффективности затрат (Е_н) - норма дисконта t_н = 1/Е_н

t_ок > t_н => принимаем более дешёвый в строительном отношении вариант (2)

t_ок < t_н => принимаем более дорогой в строительном отношении вариант (1)

t_ок = t_н => выбираем по другим показателям.

В том случае, если у нас >2 вариантов, то мы пользуемся другими критериями выбора:

Эп = К + 1/Ен * С, руб > min

Эп - приведенные суммарные затраты

Эк = К + ?₀^t С * a_t

a_t - коэффициент дисконтирования затрат. a_t = 1/ (1+Е_н) ^t

2. Многоэтапные капитальные вложения

Эп = К₀ + ?₁^m-1 K_i-j * a_i-j + ?₁^m?_tн^tок C (i) * a_t

К₀ - первоначальный капитальные вложения

K_{i-j -} кап. вложения в мероприятие по переходу с исчерпавшего свою мощность i-го состояния в более мощное j-ое

m - количество возможных технических состояний

a_{i-j -} коэффициент дисконтирования затрат

С - ежегодные эксплуатационные расходы

tн, tок - срок начали и окончания эксплуатации каждого этапа работы жд

12. Определение капитальных вложений и эксплуатационных расходов для сравнения вариантов

К = a* (К_пс+К_зр+К_всп+?k_лин*L+?k_рп*n_рп) + К_жг, руб

k_лин - стоимость линейных устройств (СЦБ, связь, устр-ва энерг. хоз-ва), 1 руб/км

L - длина, км

k_рп - 1 раздельный пункт

С = С_дв + С_пу + С_ост + С_пм, руб/год

С_дв - движенческие расходы

С_пу - расходы на содержание постоянных устройств

С_ост - расходы, связанные с остановками и простоями поездов (~20-30% от С_дв)

С_пм - расходы, связанные с переломом массы поездов

С_дв =?С_{пер (i) (}^{т, о)} * N _{(i) (}^{т, о)}

С_пер - расходы по передвижению одного поезда i-ой категории туда, обратно по заданному участку

С_пер = e_Rп*R_п + e_Rc*R_c + e_A*A_т + e_L*L + e_t*t_x

13. Наличная и потребная провозная способность жд. Схемы этапного наращивания мощности жд

Потребная провозная способность Г_п - это количество грузов, которое жд должна перевезти за год.

Наличная провозная способность Г_н - это количество грузов, которое жд может перевезти за год в зависимости от технических параметров

Г_н = 365*Qн _(ср) *n_гр *10^-6/g, млн т/год

Qн _{(ср) -} средняя масса состава нетто, т

n_гр - наличная пропускная способность в грузовом движении

g - коэффициент внутригодичной неравномерности перевозок

n=n_max*P, пар поездов/сут

P = 0.85 - I-путная жд; 0,87 - 1,5 (б/ост скрещение); 0,91 - II-путная жд.

n_max - max пропускная способность

n=n_гр + ?e_i*n_i

n_i - какие поезда обращаются на линии (пасс, сб, приг)

e - коэффициент съёма - численно равен количеству грузовых поездов, снимаемым одним пассажирским, пригородным, сборным, и т.д.

n_гр = n_max * P - ?e_i * n_i

n_max = (1440-t_техн) *К*a_н / T_пер

t_техн - технический резерв ("окно") (I-путн - 60мин; 1,5 - 90; II - 120)

К - число поездов в пакете (К=1 - обычн; К=2 - для частичнопакетного)

a_н - коэффициент надёжности (0,92-0,94)

Параметры, определяющие мощность жд:

1. Параметры постоянных устройств: расположение раздельных пунктов, расположение крупных объектов

2. Параметры технического оснащения: кол-во путей, длина ПОП, вид тяги, тип СЦБ

3. Параметры способов эксплуатации (типы графиков движения поездов)

Этапы на рисунке: непакетный; частично-пакетный; 1,5 - безостановочное движ; II-путка

14. Основные задачи проектирования реконструкции существующей жд

Задачи:

1. Выбор методов усиления мощности жд

2. Проектирование реконструкции плана и профиля трассы, постоянных устройств и сооружений, и элементов технического оснащения

Выбор методов усиления мощности жд

1. Увеличение число поездов (увеличить пропускную способность)

ограничивающий перегон (1-путная! надо сделать время движения по всем перегонам ~ одинаковым);

строительство двухпутных вставок;

строительство 2-го пути

2. Увеличение массы состава

установление унифицированной нормы массы на участке (зависит от мощности локомотива и уклона продольного профиля)

Q_lп-о = g* (l_п-о-50), т

g - погонная нагрузка - нагрузка от ПС еа 1 м его длины (~5-6т)

Q_lп-о - ограничение массы состава по длине ПОП

Надо стремиться к тому, что бы поезд был и полносоставный, и полновесный.

2. Проектирование реконструкции плана и профиля трассы, постоянных устройств и сооружений, и элементов технического оснащения.

Реконструкция производится "под поездами".

Следует учитывать этапность жизни жд и проведения мероприятий.

Размещено на Allbest.ru