Визначення впливу стану кривих залізничної колії на допустимі швидкості руху поїздів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський університет економіки і технологій транспорту

УДК 625.113:656.222.1

05.22.06 Залізнична колія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Визначення впливу стану кривих залізничної колії на допустимі

швидкості руху поїздів

Курган Дмитро Миколайович

Київ 2001

Дисертація є рукопис.

Робота виконана на кафедрі "Колія і колійне господарство" Дніпропетровського державного технічного університету залізничного транспорту Міністерства транспорту України.

Науковий керівник

доктор технічних наук, професор Даніленко Едуард Іванович, Київський університет економіки і технологій транспорту, завідувач кафедрою "Реконструкція і експлуатація залізниць і споруд".

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Певзнер Віктор Ошерович, Всеросійський науково-дослідний інститут залізничного транспорту Міністерства шляхів сполучень Російської федерації, завідувач лабораторією нормативів влаштування рейкової колії;

кандидат технічних наук, доцент Ренгач Микола Григорович, Дніпропетровський державний технічний університет залізничного транспорту, кафедра "Проектування, будівництво доріг та геодезія".

Провідна установа - Харківська державна академія залізничного транспорту Міністерства транспорту України.

Захист відбудеться " 15 " січня 2001 р. у 1330 годин на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.820.01 у Київському університеті економіки і технологій транспорту за адресою: 03049, м. Київ, вул. Лукашевича, 19.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Київського університету економіки і технологій транспорту за адресою: 03049, м. Київ, вул. Лукашевича, 19.

Автореферат розісланий " 14 " грудня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Карпов М.І.

Анотації

Курган Д.М. Визначення впливу стану кривих залізничної колії на допустимі швидкості руху поїздів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.06 - Залізнична колія. - Київський університет економіки і технологій транспорту, Київ, 2001.

Дисертація присвячена теоретичним і експериментальним дослідженням питань визначення впливу стану кривих залізничної колії на допустимі швидкості руху поїздів. У роботі виконані:

- дана комплексна оцінка впливу параметрів плану на величину допустимої швидкості;

- розроблено методику визначення параметрів плану лінії при вимірі методом стріл від хорди з нерівними плічми, яка може бути використана при розшифровці колієвимірювальної стрічки;

- розглянуто критерії визначення допустимих швидкостей руху у кривих і запропоновані доповнення, що дозволяють враховувати реальний стан плану колії;

- досліджено рух екіпажів по сполученнях кругових кривих, установлені допустимі норми зміни кривизни в місцях сполучення в залежності від рівня максимальної швидкості, що забезпечують плавність і комфортабельність їзди;

- отримані формули для розрахунку середніх і максимальних ймовірних величин непогашених прискорень і швидкості їхньої зміни в часі, використовуючи які запропонована методика для визначення допустимої швидкості руху поїзда по кривій реального стану;

- виконано експериментальну оцінку впливу на екіпаж горизонтальних і вертикальних сил і прискорень при русі по кривій з різними швидкостями.

Результати дисертаційної роботи були використані в НДР, виконаних за замовленнями Укрзалізниці для визначення допустимих швидкостей руху на ділянках міжнародних транспортних коридорів.

Ключові слова: допустима швидкість руху, крива, план колії, плавність руху, горизонтальні прискорення, параметри кривої.

Курган Д.Н. Определение влияния состояния кривых железнодорожного пути на допустимые скорости движения поездов. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.06 - Железнодорожный путь. - Киевский университет экономики и технологий транспорта, Киев, 2001.

Диссертация посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям вопросов определения влияния состояния кривых железнодорожного пути на допускаемые скорости движения поездов. В работе выполнено:

- дана комплексная оценка влияния параметров плана на величину допускаемой скорости;

- разработана методика определения параметров плана линии при измерении методом стрел от хорды с неравными плечами, которая может быть использована при расшифровке путеизмерительной ленты;

- рассмотрены критерии определения допускаемых скоростей движения в кривых и предложены дополнения, которые позволяют учитывать реальное состояние плана пути;

- исследовано движение экипажей по сопряженным круговым кривым, установлены допустимые нормы изменения кривизны в местах сопряжения в зависимости от уровня максимальной скорости, которые обеспечивают плавность и комфортабельность езды;

- получены формулы для расчета средних и максимальных вероятных величин непогашенных ускорений и скорости их изменения во времени, которые используются в предложенной методике по определению допускаемой скорости движения поезда в кривой реального очертания;

- выполнена экспериментальная оценка влияния на экипаж горизонтальных и вертикальных сил и ускорений при движении в кривой с разными скоростями.

Результаты диссертационной работы были использованы в НИР, выполненных по заказу Укрзализныци для определения допускаемых скоростей движения на участках международных транспортных коридоров.

Ключевые слова: допустимая скорость движения, кривая, план пути, плавность движения, горизонтальные ускорения, параметры кривой.

Kurgan D. N. Definition of influence of a condition of curves of a railway on allowable speeds of a movement of trains. - Manuscript.

The dissertation on a scientific degree award of the Candidate of Technic Sciences on the speciality 05.22.06 - Railway track. - Kiev University of Economy and Technologies of Transport, Kiev, 2001.

The dissertation is devoted theoretical and experimental research of questions definition of influence of a condition of curves of a railway on admitted speeds of a movement of trains. The following questions were worked out in dissertation:

- Given complex estimation of influence of parameters of the plan on size of admitted speed;

- The technique of definition of parameters of the plan of a line is developed with measurement by a method lines with unequal shoulders.

- The criteria of definition of admitted speeds of a movement in curves and offered additions are considered which allow to take into account a real condition of the plan of a way;

- The movement of crews on the connected circular curves, given allowable norms of change of curvature in places of interface is investigated depending on a level of the maximal speed.

- Given of the formula for account of average and maximal probable sizes outstanding accelerations and speed of their change in time, using which the technique for definition of admitted speed of a movement of a train till a curve real outline is offered;

- The experimental estimation of influence on crew of horizontal and vertical forces and accelerations is executed with a movement till a curve with different speeds.

Key words: allowable speed of a movement, curve, plan of a track, smoothness of a movement, horizontal acceleration, parameters of a curve.

Загальна характеристика роботи

Вступ. Українські залізниці є основною транспортною ланкою, що з'єднує Україну з Росією, країнами Кавказу, Західної і Центральної Європи. У порівнянні з західноєвропейськими країнами, обсяги перевезень вантажів на залізницях України в 2000 році дорівнювали перевезенням у Польщі і Франції разом узятим, а по кількості перевезених пасажирів займають четверте місце в Європі після Росії, Німеччини і Франції.

У рамках програм Європейського Співтовариства і Міжнародного Союзу Залізниць проводиться Загальна Транспортна Політика, що визначає сучасні вимоги до транспортних систем в умовах ринкової економіки і створюваної мережі міжнародних транспортних коридорів. Одною з основних вимог при створенні міжнародних транспортних коридорів є скорочення часу доставки вантажів і пасажирів, у тому числі і за рахунок впровадження швидкісного руху поїздів.

Підвищення швидкості на залізницях України здійснюється при змішаному вантажному і пасажирському русі, насамперед за рахунок таких технічних заходів як реконструкція плану лінії, проведення капітальних ремонтів, модернізація інфраструктури. У цих умовах зростають вимоги до безпеки і плавності руху, комфортабельності їзди пасажирів.

У зв'язку з неточністю первісного укладання і погрішностями наступних виправлень колії проектні характеристики плану лінії, як правило, не забезпечуються, і їхні фактичні значення істотно відрізняються від паспортних даних. Невідповідність параметрів кривих фактичному положенню колії при машинному рихтуванні приводить до утворення довгих горизонтальних нерівностей. залізничний колія поїзд

Проведені до 90-х років дослідження з питань встановлення допустимих швидкостей руху в кругових і перехідних кривих та на ділянках сполучень базувалися на геометрично правильних кривих. Вважалося, що збиті в процесі експлуатації криві, розбіжність відводів підвищення зовнішньої рейки і кривизни ліквідуються при проведенні капітального ремонту колії так само, як і необхідне подовження перехідних кривих при наявності достатніх прямих вставок між сусідніми кривими. Такий підхід себе не виправдав.

Задачею дійсної дисертаційної роботи є дослідження деяких питань, пов'язаних з визначенням достовірної інформації про стан і параметри кривих, встановленням допустимої швидкості руху по ним, оцінкою плавності і комфортабельності руху як за загальноприйнятими, так і за новими критеріями.

Актуальність теми. Для забезпечення руху поїздів необхідно, щоб план і профіль залізничної колії строго відповідали вимогам плавності, безперебійності руху поїздів і комфорту їзди пасажирів. Особливу актуальність це питання здобуває при підвищенні швидкості руху поїздів. Аналіз технічних характеристик основних напрямків міжнародних транспортних коридорів, які проходять у межах України, показав, що на існуючих лініях є ділянки колії, на яких без перебудови плану і профілю неможливо забезпечити зазначені вище вимоги.

Крім того, було встановлено, що отримані при експериментальних поїздках поперечні прискорення відрізняються від розрахункових значень цих величин, визначених за типовими методиками. У ряді випадків поперечні прискорення виходять за межі допустимих значень, що встановлені для пасажирів і вантажів.

Наведене вище вказує на необхідність розробки нової розрахункової методики, яка б враховувала реальний стан плану лінії, нові підходи при встановленні плавності і комфортабельності руху, особливо на швидкісних ділянках. Цим питанням присвячена дисертація.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертації відповідає галузевій програмі модернізації колійного господарства на головних напрямках Міжнародних транспортних коридорів.

Автор дисертації приймав участь у науково-дослідних роботах Дніпропетровського державного технічного університету залізничного транспорту, які виконувались за завданням Укрзалізниці: "Розробка технічних вимог і норм утримання залізничної колії і колійних конструкцій у зв'язку з впровадженням швидкостей руху до 160-200 км/год на існуючих лініях України, які входять до міжнародної магістралі Європа-Азія", Дніпропетровськ, ДІІТ, 1997 (0198U000823), "Розробка правил визначення підвищення зовнішньої рейки і встановлення допустимих швидкостей у кривих ділянках колії", Дніпропетровськ, 1999, а також у дослідженнях, проведених Київським університетом економіки і технологій транспорту: "Розробка технічних умов і вибір основних експлуатаційно-технічних параметрів колії і колійних споруд на існуючих лініях України для підвищення швидкості руху поїздів до 160-200 км/год", Київ, 1999 р.

Мета і задачі дослідження. Ціль роботи - створення методики і програмного забезпечення для встановлення впливу плану лінії на величину допустимої швидкості руху поїздів. На відміну від існуючих, нова методика повинна враховувати стан кривих ділянок колії (з урахуванням відступів у їхньому утриманні) і забезпечувати безпеку, плавність і комфортабельність їзди пасажирів при максимально допустимих швидкостях. Для досягнення поставленої мети в дисертації вирішені такі задачі:

- дана комплексна оцінка впливу параметрів плану на величину максимально допустимої швидкості;

- розроблена математична модель, за допомогою якої відбувалось дослідження процесу бічного хитання вагону як основного фактора, що впливає на величину горизонтальних прискорень екіпажу;

- розроблений алгоритм і програма перетворень записів стріл вигину на стрічці колієвимірювального вагону в координати точок кривої для визначення допустимої швидкості руху з достатньою точністю;

- отримані формули для розрахунку середніх і максимальних ймовірних величин непогашених прискорень і швидкості їхньої зміни в часі, використовуючи які можна визначати допустиму швидкість руху поїзда по кривій реального стану;

- зроблена експериментальна перевірка розробленої методики на одній з ділянок Придніпровської залізниці.

Наукову новизну отриманих результатів складають:

1. Установлено, що існуючі методики визначення допустимих швидкостей руху поїздів у кривих в ряді випадків дають істотну похибку, викликану, насамперед, не урахуванням стану колії в плані.

2. На основі комплексних експериментально-теоретичних досліджень розроблена нова методика по визначенню допустимих швидкостей руху з урахуванням реального стану кривих у плані.

3. Запропоновані додаткові критерії оцінки плавності руху поїздів у кривих, що враховують як середні значення реальних поперечних прискорень, так і амплітуду їхньої зміни.

4. Запропоновано нову методику розшифровки параметрів кривих ділянок колії при вимірюванні хордою з нерівними плічми.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій обумовлена тим, що всі розроблені рішення обґрунтовані теоретичними розрахунками, підтверджені експериментальними дослідженнями і одержали впровадження у вигляді висновків і рекомендацій, що схвалені на засіданнях Головного управління колії Укрзалізниці.

Практичне значення отриманих результатів. З огляду на великий обсяг робіт із установлення максимальних допустимих швидкостей руху поїздів на головних напрямках міжнародних транспортних коридорів, розроблена в дисертації методика була використана при підготовці "Правил визначення підвищення зовнішньої рейки і встановлення допустимих швидкостей у кривих ділянках колії" (ЦП-0056) і набула практичного застосування при визначенні допустимих швидкостей на ділянках Київ-Ніжин-Конотоп-Хутір Михайлівський (IX коридор) і Мостиска II-Львів-Тернопіль-Підволочиськ (V коридор), про що є відповідні акти про впровадження від служб Південно-Західної і Львівської залізниць.

Отримані в дисертації результати були також використані в НДР кафедри "Колія і колійне господарство" ДІІТу, а також при підготовці Технічних нормативів з реконструкції й утримання колії в напрямку Європа-Азія (Р 786/2, 1-е вид. Затв. нарадою V Комісії ОСЗ. Варшава, 1999).

Особистий внесок здобувача:

розроблена математична модель, за допомогою якої досліджувався процес бічного хитання вагону як основного фактора, що впливає на величину горизонтальних прискорень екіпажу;

складено алгоритм і програму розрахунків на ПЕОМ для перетворення записів стріл вигину зі стрічки вагона-колієвимірювача в координати точок кривої. Отримані в такий спосіб дані використовувалися для визначення допустимих швидкостей руху в кривих;

отримано нові аналітичні вирази для оцінки плавності руху поїздів з урахуванням амплітуди горизонтальних прискорень і швидкості їхньої зміни в часі, з використанням яких визначались допустимі швидкості руху по кривим реального обрису;

розроблено методику і програму розрахунків на ПЕОМ для визначення допустимих швидкостей руху поїздів з урахуванням реального стану (відступів в утриманні) кривих ділянок колії.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертації доповідалися на Міжнародній науково-практичній конференції з проблем взаємодії колії і рухомого складу (Дніпропетровськ, жовтень 1998 р.), на X Міжнародній конференції з проблем механіки залізничного транспорту (Дніпропетровськ, березень 2000 р.). Повністю дисертаційна робота доповідалася на спільному науково-практичному семінарі кафедри "Колія і колійне господарство" і "Проектування, будівництво доріг та геодезія" Дніпропетровського державного технічного університету залізничного транспорту (Дніпропетровськ, жовтень 2001 р.), на кафедральному науковому семінарі кафедри "Реконструкція і експлуатація залізниць і споруджень" Київського університету економіки і технологій транспорту (Київ, грудень 2001 р.).

Публікації. Основний зміст дисертації опублікований у 9-и друкованих працях і 3-х звітах по НДР. З 9-и наукових статей 7 видано в збірниках праць і галузевих науково-практичних журналах Укрзалізниці, а 2 роботи є тезами наукових міжнародних конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і двох додатків. Повний обсяг складає 178 сторінок друкованого тексту, в тому числі: 57 рис. на 50 сторінках, 7 таблиць на 14 сторінках, список літератури з 69 найменувань на 8 сторінках, та два додатка на 24 сторінках.

Основний зміст роботи

В вступі обгрунтовується актуальність, наукова новизна і практична цінність дослідження. Формулюється мета і основні задачі дисертаційної роботи.

В першому розділі розкрито наукову проблему, яка існує у зв'язку з модернізацією міжнародних транспортних коридорів, що проходять по території України, приведений аналіз робіт вчених і фахівців закордонних країн, країн СНД і України в області реконструкції плану лінії, встановлення максимальних допустимих швидкостей руху поїздів у кривих ділянках колії, забезпечення безпеки, плавності і комфортабельності їзди.

З моменту виникнення залізниць у всіх промислово розвинених країнах проводились дослідження та іспити щодо збільшення швидкостей руху поїздів та прискорення доставки вантажів і перевезення пасажирів.

Комплексні дослідження технічних, економічних і соціальних проблем руху поїздів у різні роки проводили науково-дослідні і вищі навчальні заклади: Всеросійський науково-дослідний інститут залізничного транспорту (ВНІІЖТ), Дніпропетровський державний університет залізничного транспорту (ДІІТ), Київський університет економіки і технологій транспорту (КУЕТТ), Петербургський державний університет шляхів сполучення (ПГУПС), Московський державний університет шляхів сполучення (МІІТ), Харківська державна академія залізничного транспорту (ХарДАЗТ) та ін.

У роботах професорів С.В. Амеліна, В. І. Ангелейко, М.Ф. Вериго, О.П. Єршкова, М.А. Фрішмана, М.А. Чернишова, Г.М. Шахунянца та ін. розглянуті питання взаємодії колії і рухомого складу при високих швидкостях.

Дослідження професорів А.І. Іоаннісяна, А.Д. Каретнікова, Ф.П. Кочнєва, В.О. Певзнера та ін. присвячені встановленню раціонального рівня середніх і максимальних швидкостей вантажного і пасажирського руху, скороченню розриву між ходовою і дільничною швидкістю, вибору ваги і швидкості пасажирських поїздів. У роботах В.О. Певзнера, С.С. Жаброва й ін. поставлено питання щодо організації руху поїздів з раціональними для конкретних умов експлуатації швидкостями з метою зниження експлуатаційних витрат.

Важливе значення мають роботи проф. В.А. Лазаряна, Е.П. Блохіна, В.Д. Дановича (ДІІТ) з повздовжньої динаміки поїзда.

Всеросійським науково-дослідним інститутом залізничного транспорту, Інститутом технічної механіки Національної академії наук України, Дніпропетровським державним технічним університетом залізничного транспорту і Київським університетом економіки і технологій транспорту розроблені технічні вимоги до високошвидкісного рухомого складу, пристроям автоматичного водіння поїзда (автомашиніст) і іншим пристроям, що підвищують безпеку руху поїздів, а також створюють комфортабельні умови праці локомотивних бригад і зручності для пасажирів.

Колективні роботи кафедр ВНІІЖТу, МІІТу, ПГУПСу, КУЕТТу, ДІІТу, ХарДАЗТу присвячені питанням введення швидкісного руху на конкретних полігонах залізничної мережі. Питанням реконструкції плану, підбору відповідних параметрів кривої, що забезпечують безпеку руху і раціональну роботу колії на існуючих залізницях, присвячені роботи: в Росії В.О. Бучкіна, О.В. Гавриленкова, М.І. Карпущенко, О.В. Косміна, В.О. Певзнера, Л.З. Прасова, Ю.С. Ромена, І.В. Турбіна, С.В. Шкурнікова та ін., в Україні - В.І. Евграфова, А.М. Орловського, В.В. Циганенко, М.І. Карпова, І.П. Корженевича, М.Б. Кургана, О.О. Матвієнко та ін.

Розробці математичних моделей вирішення задач виправки кривих присвячені дослідження А.К. Босова, В.В. Рибкіна, І.П. Корженевича, М.Г. Ренгача та ін.

На теперішній час виконаний великий обсяг досліджень щодо впливу рухомого складу на стрілочні переводи при підвищених і високих швидкостях руху. Міцність елементів стрілочних переводів і стабільність положення рейкової колії, а отже і безпека експлуатації конструкції, визначаються величинами діючих на ці елементи сил від рухомого складу, величинами напружень і деформацій, що виникають у цих елементах. Вирішенню цих задач присвячені наукові дослідження, виконані у ВНІІЖТі, ПГУПСі, ДІІТі і КУЕТТі для різних конструкцій стрілочних переводів при різній величині вісьового навантаження від рухомого складу. Це роботи С.В. Амеліна, В.Ф. Яковлева, Е.І. Даніленко, А.М. Орловського, В.В. Говорухи та інших фахівців.

У другому розділі розглянуті існуючі методи зйомки кривих, що використовуються як в Україні, так і в інших країнах. Зазначено їхні основні відмінності і напрямки у використанні. Більш докладно проаналізовані методи зйомки, які застосовуються в теперішній час. Проведено порівняння зйомок кривих, виконаних різними методами. Запропоновано алгоритм розшифровки запису стріл вигину, обмірюваних від хорди з нерівними плічми (колієвимірювальна стрічка). Проаналізовано вплив похибки у розрахунках параметрів кривої на неточність визначення допустимої швидкості руху по ній.

Для виконання розрахунків по визначенню допустимої швидкості руху в кривих необхідна вихідна інформація про стан кривої як у вертикальній (рівень), так і в горизонтальній (план) площинах. Інформація про положення колії в плані являється більш істотною для наступних розрахунків, а її отримання - більш складною задачею. Вимір кривизни відомими способами виконується з деякими допущеннями, які пов'язані як безпосередньо з технологією вимірів, так і з методами розшифровки даних.

Широке поширення одержали наступні способи зйомки кривих: метод стріл - вимір стріли вигину від середини двадцяти (десяти) метрової хорди, геодезична зйомка - вимір стріл і кутів повороту хорд теодолітом, і одержання даних з колієвимірювальної стрічки.

При використанні кожного з методів зйомки параметри кривих визначаються з різним ступенем точності через розходження в характеристиках приладів для вимірювання, професіоналізму працівників і математичних способів наступної обробки отриманих даних.

У дисертаційній роботі були проаналізовані результати зйомки кривих, кожна з яких була обміряна різними способами.

Найпростішим джерелом одержання інформації про криву на сьогоднішній день є колієвимірювальна стрічка, на якій інформація записана безупинно. Розглядався рух хорди з нерівними плічми при вимірі стріли на геометрично незалежній, замкнутій, одноманітній нерівності. Під нерівністю мається на увазі відхилення колії в плані від теоретичного положення (від прямої, кругової кривої, перехідної кривої).

Відображення нерівності на стрічці колієвимірювального вагона залежить від співвідношення довжин нерівності і частин хорди. У загальному виді функцію значення стріли від координат місця її вимірювання на хорді можна записати у вигляді:

, (1)

де - значення стріли в точці з координатою ;

, , - значення нерівності в точках виміру стріли і кінців хорди відповідно; , - довжини пліч хорди.

Кожна нерівність на кривій відображається на стрічці у вигляді трьох напівхвиль зі знаками, що чергуються. У такий спосіб вид нерівності і її запис істотно розрізняються. Геометричні параметри цих трьох напівхвиль залежать як від розмірів нерівності, так і від співвідношення між довжиною нерівності і довжинами пліч хорди. Можливі наступні варіанти: довжина нерівності менше обох пліч хорди, довжина нерівності менше одного плеча, але більше іншого, довжина нерівності більше обох пліч, але менше довжини хорди, довжина нерівності більше довжини хорди.

У дисертаційній роботі розроблений алгоритм перетворення запису стріл колієвимірювального вагона в параметри точок кривої, що дозволило одержувати результати достатньої точності для виконання розрахунків з визначення допустимої швидкості руху.

При отриманні інформації щодо параметрів кривої кожним з існуючих методів зйомки неминуча наявність похибки. Крім того, існуючі методи розрахунку допустимої швидкості у кривій потребують у якості вихідних даних уведення "узагальнених" параметрів для всієї кривої. Наприклад, радіус задається постійним, а дійсне його значення змінюється по довжині кривої, що знову таки позначається на точності наступних розрахунків.

Різницю значень у вимірі стріли для неточності в розрахунку швидкості в залежності від радіусу і підвищення зовнішньої рейки можна визначити за формулою:

, (2)

де - непогашене прискорення, що допускається;

- прискорення вільного падіння;

- відстань між осями голівок рейок.

Графік залежності похибки у вимірі стріл від радіуса і підвищення зовнішньої рейки кривої для допустимого непогашеного прискорення 0,7 м/с 2 і передбаченої помилки в розрахунках швидкості 5 км/год.

Відповідно до інструкції ЦП-0050 при утриманні кривих радіусом більше 650 м допускається різниця стріл вигину у суміжних точках 8 мм. Можна прийняти, що в такому випадку похибка щодо середнього радіуса складе 4 мм.

В третьому розділі приведений аналіз методик і критеріїв, які використовуються для встановлення допустимої швидкості руху у кривих. Розглянуто методики, які застосовуються в теперішній час в Україні і країнах СНД. Зазначено виявлені в них недоліки і складності. Проаналізовано існуючі критерії, що використовуються в розглянутих методиках і аналогічних методиках інших країн. Запропоновано напрямки для їхнього поліпшення. Отримано критерії для визначення допустимої швидкості, з урахуванням реального стану кривої.

У методиках з визначення допустимої швидкості руху в кривих, які застосовуються у теперішній час, екіпаж представлений у вигляді відрізка, довжина якого - є база екіпажа. Рух такого екіпажа розглядається статично, без урахування динамічних процесів. А для опису несталого руху, наприклад, по прямій вставці між кривими, що сполучаються, використовується лінійна інтерполяція.

Громіздкість методики, необхідність класифікувати вид сполучення кривих для вибору відповідного набору формул, виконувати багаторазові розрахунки з наступним прийняттям мінімальної з отриманих максимально допустимих швидкостей приводить до того, що на практиці допустима швидкість по сполученням кривих у ряді випадків не визначається.

При сполученні кривих з різними радіусами не враховується залежність розрахункових формул від різниці кривизни кривих, що сполучаються.

Основною передумовою для розробки нової методики послужило те, що існуюча методика поширюється на ділянки зі швидкостями руху до 120 км/год. При цьому стан колії і рухомий склад повинні задовольняти відповідним нормам і допускам на утримання. Таким чином, розглядаються тільки геометрично правильні криві без врахування можливих відхилень при їхньому утриманні.

Відповідно до нових правил устрою і утримання колії залізниць України (ЦП-0050) при радіусі кругової кривої від 3000 м і більше і швидкості руху поїздів до 120 км/год перехідні криві можуть не влаштовуватися. Перехідна крива також може не влаштовуватися і між круговими кривими, що сполучаються, якщо різниця в їхній кривизні не перевищує 1/3000.

При русі зі швидкостями 120 км/год і вище зазначені норми повинні змінюватися. У дисертації запропоновані диференційовані правила сполучення кругових кривих без устрою перехідної в залежності від максимальної допустимої швидкості. Для цього досліджений перехід екіпажу з однієї кругової кривої в іншу. Швидкість зміни непогашеного прискорення при цьому можна визначити за формулою:

, (3)

де і - радіуси кривих, що сполучаються;

і - підвищення зовнішньої рейки;

- база екіпажу.

Визначенню припустимих значень вище названих критеріїв присвячена велика кількість досліджень. На залізницях України для пасажирських поїздів прийняте максимальне непогашене прискорення 0,7 м/с ² при русі по одиночних кривих і 0,4 м/с ² для сполучених кривих без перехідної кривої; швидкість наростання непогашеного прискорення - 0,6 м/с ³, а для багаторадіусних кривих, спрямованих в одну сторону, і для сполучених кривих без перехідної кривої - 0,3 м/с ³; припустима швидкість підйому колеса по відводу підвищення 28-35 мм/с.

Ще в 1977 р. проф. О.П. Єршков відзначав, що "критерії припустимих значень і y є дуже узагальненими характеристиками, дійсними для випадків розгляду одиниці рухомого складу як матеріальної точки або відрізка. Фактично реальні одиниці рухомого складу являють собою системи, що при русі роблять виляння, мають сили інерції та ін.".

Основний критерій, використаний у розрахунках, - значення непогашеного прискорення - хоча і характеризує процес руху, але не враховує динамічних процесів і, таким чином, є статичним.

Аналіз експериментальних даних прискорень, що діють на пасажира при русі в кривій, указує на те, що прискорення носять коливальний характер і, крім середніх значень, необхідно нормувати і їхню амплітуду.

Коливальний характер прискорень, що діють на пасажирів як у горизонтальній, так і у вертикальній площині, впливає на комфортабельність їзди, стомлюваність і самопочуття людей. Особливо це важливо при підвищенні швидкостей руху, коли амплітуда коливань збільшується.

Істотну складність у рішенні даного питання складає нормування параметрів коливального процесу. Основним критерієм у встановленні таких норм повинна служити комфортабельність їзди пасажирів. На сьогоднішній день в Україні немає офіційних нормативів такого характеру, розрахованих на практичне застосування.

На підставі аналізу ряду вітчизняних і закордонних досліджень у дисертаційній роботі надається пропозиція: для нормування коливань горизонтальних прискорень використовувати синусоїду з допустимою амплітудою до 2,2 м/с 2 при частоті бічного коливання кузова близько 1,5 Гц.

В четвертому розділі приводиться методика розрахунку допустимої швидкості руху для кривої реального обрису.

Поперечне прискорення, що діє на кузов вагона (його вплив відчуває на собі пасажир), можна представити як функцію декількох параметрів:, (4)

де Ц - доцентрове прискорення, що діє на кузов;

Н - компенсація дії поперечного прискорення за рахунок устрою підвищення зовнішньої рейки;

П - додаткове прискорення, викликане поперечними коливаннями кузова;

Д - інші фактори.

Для визначення параметра П в дисертаційній роботі було промодельоване бічне коливання пасажирського вагона і отримані системи рівнянь для знаходження кута нахилу кузова і його прискорень .

Горизонтальне прискорення, що діє на пасажира, з урахуванням коливань кузова визначається за формулою:

, (5)

де - відстань від осі кутових коливань кузова до розрахункового перетину, наприклад, підлоги кузова;

- кривизна під екіпажем.

Для визначення амплітуди і середньоквадратичного відхилення прискорень, що розраховуються за формулою (5), були встановлені перераховані параметри для кожного з трьох доданків, що входять у цю формулу.

Уведено наступні позначення, що включають жорсткостні і геометричні характеристики вагону:

;

;;

; (6)

;

;

;

а також, що включають параметри колії:

. (7)

; (8)

. (9)

У формулах використані такі позначення:

- висота центра ваги кузова;

- частота коливань кузова;

- жорсткість однієї ресори;

- відстань від подовжньої вісі вагону до ресори;

- маса кузова;

і - відповідно середня кривизна і підвищення;

і - відповідно наростання (убування) кривизни і підвищення;

- частота коливань відхилень кривизни і підвищення;

і - відповідно амплітуда коливань відхилень кривизни і підвищення.

Амплітуду коливань горизонтальних прискорень можна визначити за формулою:

. (10)

При введенні у формулу (10) числових значень жорсткостних і геометричних характеристик пасажирського вагону, після математичних перетворень отримані наступні формули

; (11)

; (12)

; (13)

. (14)

П'ята глава присвячена експериментальній оцінці характеристик руху екіпажа в кривих ділянках колії.

Для вивчення реального характеру коливань значень різних параметрів руху екіпажу при проходженні кривої були досліджені матеріали експериментів, виконаних ОНДЛ кафедри "Колія і колійне господарство" ДІІТу. Однієї з задач проведення експериментів було дослідження характеристик входу - виходу екіпажа в криву.

Для проведення експериментальних досліджень була обрана крива, по довжині якої змінювались радіуси від 1100 до 1300 м, підвищення зовнішньої рейки - 50...70 мм. Конструкція верхньої будови: колія безстикова, рейки Р 65, шпали залізобетонні, баласт щебеневий, скріплення КБ.

На кривій були виділені чотири характерних ділянки: перша - перехідна крива (R=2500…1000м), друга - сполучення двох кривих (R=1250…1650…1250м), третя - збита кругова крива (R=1300 м), четверта ділянка - плавна кругова крива (R=1300 м).

Для вивчення діючих на екіпаж прискорень використовувалися методи статистичної обробки даних. Розглянуті наступні показники: середня частота коливань, середня амплітуда, середньоквадратичне відхилення значень амплітуди, максимальне спостережене значення амплітуди, середнє значення ординати.

У результаті статистичної обробки горизонтальних прискорень, що діють на шкворні вагона, отримані наступні результати:

1. Частота коливань добре збігається з очікуваною теоретично і не залежить від швидкості руху екіпажу і параметрів ділянки.

2. Значення частоти коливань мають невеликий розкид, який може бути описаний нормальним законом розподілу, для пасажирського вагона , .

3. Середнє значення амплітуди коливань зростає зі збільшенням швидкості руху, незважаючи на зменшення абсолютного значення непогашеного прискорення, розрахованого теоретично.

4. Середня амплітуда коливань зростає зі збільшенням швидкості руху. Для низьких швидкостей руху дисперсія амплітуди коливань несуттєво залежить від параметрів ділянки і типу вагона. Для високих швидкостей руху дисперсія амплітуди коливань збільшується при погіршенні параметрів ділянки

5. Максимальне значення амплітуди коливань зростає при збільшенні швидкості руху, маси вагону і погіршенні параметрів ділянки.

Аналогічним образом була досліджена дія горизонтальних і вертикальних сил, що передаються від рухомого складу на колію.

На підставі виконаних експериментальних досліджень зроблені такі висновки:

1. Прийнята в теперішній час оцінка впливу горизонтальних прискорень на екіпаж тільки за середніми їхніми значеннями є недостатньо точною, тому що не враховує амплітуду їхніх коливань.

2. Зі збільшенням швидкості руху вплив динамічних процесів на екіпаж підсилюється, що виявляється у рості значень амплітуди і дисперсії.

3. Характер і значення параметрів горизонтальних прискорень, отриманих в експерименті, досить добре кореспондуються з розрахунками.

Висновки

У результаті виконання досліджень у роботі вирішені наступні питання:

1. Проаналізовані існуючі методи отримання інформації про стан плану колії і досліджений вплив похибки у визначенні параметрів кривих на величину допустимої швидкості руху.

2. Розроблена методика визначення параметрів плану лінії при вимірі методом стріл від хорди з нерівними плічми, яка може бути використана при розшифровці колієвимірювальної стрічки.

3. Проаналізовані існуючі методики розрахунку допустимої швидкості руху у кривій, які орієнтовані на ідеальні, геометрично правильні криві без будь-яких відхилень у їхньому стані.

4. Розглянуто критерії визначення допустимих швидкостей руху у кривих, запропоновані доповнення, що дозволяють враховувати реальний стан плану колії.

5. Досліджено рух екіпажів по сполученнях кругових кривих. Установлені допустимі норми зміни кривизни в місцях сполучення в залежності від рівня максимальної швидкості, що забезпечують плавність і комфортабельність їзди.

6. Розроблено методику розрахунку допустимих швидкостей руху, яка, у відмінності від існуючих, дозволяє встановлювати швидкість у кривих реального обрису.

7. Виконано експериментальну оцінку впливу на екіпаж горизонтальних і вертикальних сил і прискорень при русі по кривій з різними швидкостями.

9. Результати дисертаційної роботи були використані в НДР, виконаних за замовленнями Укрзалізниці для визначення допустимих швидкостей руху на ділянках міжнародних транспортних коридорів.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

1. Корженевич И.П., Курган Д.Н., Курган Н.Б. Автоматизация расчетов по определению допускаемых скоростей движения поездов в кривых участках пути / Ресурсосберегающие технологии в транспортном и гидротехническом строительстве // Межв. сб. науч. тр. Вып. 2. Днепропетровск. 1996. С. 73-75.

2. Курган Н.Б., Курган Д.Н. К вопросу определения допускаемых скоростей движения поездов в кривых участках пути. Исследование взаимодействия пути и подвижного состава. Межв. сб. науч. тр. Днепропетровск. 1997. С. 124-133.

3. Рибачок П.И., Курган Н.Б., Курган Д.Н. Определение минимального радиуса кривых в плане для достижения проектных скоростей / Залізничний транспорт України. 1999, № 2. С. 2-4.

4. Курган Н.Б., Курган Д.Н. О нормах содержания кривых на участках скоростного движения / Залізничний транспорт України. 1999, № 4. С. 7-9.

5. Босов А.А., Курган Д.Н. К вопросу устройства круговой кривой без устройства переходной / Транспорт. Зб. наук. праць. Вип. 1. Дніпропетровськ. 1999. С. 149-155.

7. Даниленко Э.И., Курган Н.Б., Курган Д.Н. Технические требования и нормы содержания кривых на скоростных железнодорожных линиях // Проблемы взаимодействия пути и подвижного состава / Межд. науч.-практ. конфер. Днепропетровск. 1998. С. 50-51.

8. Корженевич И.П., Курган Д.Н. Вероятностный подход при определении допускаемой скорости движения в кривой // Проблемы механики ж.-д. транспорта./ Межд. науч. практ. конфер. Днепропетровск. 2000. С. 81-82.

9. Курган Д.Н. Определение допускаемой скорости движения в кривой реального очертания // Транспорт / Сб. науч. тр. Вып. 8. Днепропетровск. 2001. С. 119-123.

Размещено на Allbest.ru