Увеличение возвышения наружного рельса, не изменяя длины переходной кривой

Реконструкция пути, это несомненно дорогой и трудоемкий процесс. И порой проектной организации ставят не ординарные задачи.

Одна из таких задать была следующая «Увеличить скорость на участке». На первый взгляд задача проста. Но данное увеличение скорости на участке несет за собой ряд изменений в плане и профиле.

Увеличивая скорость, для снижения непогашенного ускорения в кривых участках пути мы обязаны увеличить возвышение. Вместе с возвышением увеличивается и длинна переходной кривей. Вот о ней мы сегодня и поговорим.

Дело в том, что увеличить возвышение не составляет большого труда, а вот увеличить длину переходной кривой порой бывает очень затруднительно и порой требует смещения оси пути.

При установки максимально допустимого возвышения наружной рельсовой нити в кривых участках пути необходимо удостовериться в том, что не будет создана угроза для безопасного движения подвижного состава касаемо его схода с рельс. Это особо актуально для вагонов с жесткими рамами, которые наиболее чувствительны к геометрии рельсовой колеи. Естественно, при этом особое внимание уделяется экономической составляющей. Так же при смежных кривых переходные участки пути могут наложиться друг на друга, что противоречит ряду требований

Переходная кривая, которая обычно устраивается по траектории описываемой клотоидой. Данная устраивается перед круговой кривой, сразу за прямолинейным участком пути. Особенности клотоиды заключается в подстепном уменьшающимся радиусом кривизны. В этом участке переходной кривой возвышение наружного рельса относительно внутреннего рельса также постепенно увеличивается от нулевого значения до расчетного для данной кривой.

Степень нарастания возвышения характеризуется неизменным для данной кривой градиентом, величина которого обуславливает интенсивность, так называемого скручивания пути, также подлежащего проверке на устойчивость подвижного состава. Если разбить переходную кривую на 2 участка, то первый участок, имеет радиус значительно больше, и при движении по данному участку неблагоприятное воздействие на путь значительно меньше, чем на втором.

Для решения этого вопроса мы можем сохранить длину переходной кривой увеличивая при этом возвышение, но отказаться от уменьшения их радиуса пропорционально алгебраической длине, т.е. допустить изменение градиента возвышения наружного рельса. Схематично показано на рисунке 1 [1].

• 1    и 2 зона – переходная кривая;

• 3 зона – круговая кривая;

g o -градиент возвышения постоянный;

g i , g 2 - разные значения переменного градиента возвышения

Соотношение между «Y» направляющей силой и «Q» нагрузкой от колеса является основопологающим фактором без- опасности движения состава по «скручивающемуся» пути. МСЖД (международный союз железных дорог) определил критическую величину отношения Y/Q равной 1,2 [2, 3].

Рис. 1. Схема нарастания градиента возвышения наружного рельса

По данной теме на железных дорогах Франции били проведено несколько испытаний, где была установлена зависимость Y (направляющей силой) и Q (нагрузкой от колеса) она зависит от набегания колеса на рельс, а если брать субъективно, то она завит от радиуса кривой.

Исходя из приведенных выше экспериментов допускаемая степень скручивания пути, для обеспечения безопасного следования подвижного состава исключая его сход, в кривых большего радиуса может быть больше, чем на кривых малого радиуса.

Отсюда вытекает возможность устройство возвышения наружного рельса устройства переходной кривой постепенно подводя к максимуму с большим радиусом, при сохранении первоначальной длины переходной кривой.

Однако для уточнения данных расчетов необходимо провести эксперимент, выявить проблемы с укладкой и содержанием пути, и изменяющимся градиентом нарастания возвышения наружного рельса в пределах переходной кривой, сохранность перевозимых грузов, а также комфортабельности пассажиров.

Математическое моделирование переходной кривой

Математическая модель - математическое представление реальности, основанное на математических расчетах, согласно законам физики, как один из вариантов модели как системы, исследование которой позволяет получать информацию о интегрирующей нас системе.

Мы сделаем расчет переходных площадок с изменяющимся градиентом возвышения по-принципу изложенного выше. Основной задачей моделирования является, возможно ли применять разный уклон отвода возвышения на одной переходной кривой.

Длинна переходной площадки должна вычисляется по формуле (1)

< пктах = —

где h_max - максимальное возвышение наружного рельса при расчетной скорости;

i - уклон отвода возвышения для соответствующей скорости по ТУ75р [4].

Уравнение, по которому рассчитывается возвышение наружной рельсовой нити над внутренней в общем виде представлено формулой (2)

• -^2—

^^max   g^R  g “^нп,   (2)

где S 1 - расстояние между осями рельсов S 1 = 1600мм, мм;

g – ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с2;

• V - максимальная скорость движения экипажа по тяговым расчетам, км/ч;

R - радиус кривой, м;

янп - непогашенное ускорение, м/с2;

h – возвышение, мм.

При изменении градиента возвышения переходная площадка будет разбита на два участка. Длинна первого и второго участка будет определяться согласно расчетам. В тех случаях, когда для пропуска подвижного состава с большой скоростью будет недостаточно максимальной возможной длинны переходной кривой для того, чтобы состав мог двигаться по кривой с минимальным непогашенным ускорением, то первая часть будет автоматически принимать больший уклон отвода возвышения, а вторая часть должна соответствовать нормативному уклону отвода возвышения.

При проектировании переходной площадки необходимо учесть следующие ограничения:

h_max - максимальное возвышение в кривом участке пути не более 125 мм, согласно требованиям заказчика при проектировании;

пнп - величина непогашенного ускорения не должна превышать 0,3 мм/с2 для пассажирского поезда, для грузового не белее 1 мм/с2 (данные значения приблизительны, не имеющие подтверждения);

i - уклон отвода возвышения при переходе с переходной площадку в круговую должен быть равен скоростному интервалу согласно действующих норм, но не превышая 3,2 мм/м;

f - допустимая неравномерность отвода не более 50 мм/с [4, 5].

Алгоритм работы в программе

Для расчета возможности применения изменения градиента возвышения на индивидуальной кривой, а также расчет на возможность пропуска состава по переходной кривой была разработана расчетная модель в программном комплексе Microsoft Excel

Первый лист предназначен для ввода параметров расчетной кривой.

Для примера возьмем кривую со следующими параметрами:

• -    радиус = 1015 м. Радиус кривой заполняется с точностью до 1 м;

• -    средняя скорость движения на участке скорость 81 км/ч.

• -    максимальна длинна переходной кривой м. Указывается возможная длинна устройства переходной кривой;

• -    эпюра шпал 2000 шт./км. Эпюра шпала.

Пример заполнение исходных данных представлен на рисунке 2.

Исходные данные для кривой с изменением градиента представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Исходные данные для кривой с изменением градиента

Во вкладке «Анализ и корректировка» смотрим, что при непогашенном ускорении равным «3» уклон отвода возвышения на первом участке отличается от второго участка, на первом участке уклон отвода

• 2,2 ‰, а на втором 2,1. Согласно ТУ75р [1], данные уклоны возвышения соответствуют скоростям 75 км/ч и 80 км/ч, представленным в таблице 1. Однако фактическая скорость 81 км/ч. Но,

если обратить внимание на допускаемую неровность отвода, то на первом и втором участке она находится в зоне допускаемых значений и равняются 49,5 мм/с и

47,25 мм/с соответственно. Это является важным параметром, потому как именно этот параметр и измеряет вагон путеизме-ритель, а не уклон отвода.

Таблица 1. Уклоны отвода согласно ТУ75р

Уклоны отвода согласно действующим документам
Допускаемая скорость движения поездов, км/ч	Максимальная допустимая величина уклона отвода, мм/м
1	2
140	0.7
120	1
110	1.2
100	1.4
90	1.6
85	1.7
80	1.9
75	2.1
70	2.3
65	2.5
60	2.7
50	2
55	2.9
50	3
40	3.1
25	3.2
Закрытие движения	>3.2

Итог расчета изменение градиента возвышения представлено на рисунке 3.

Рис. 3. Изменение градиента возвышения

Переходная кривая при изменении градиента представлен на рисунке 4.

Рис. 4. Переходная кривая при изменении градиента

Вывод: исходя из расчетов видно, что вышения имеет определенный запас, кото- изменение градиента возвышения переходной кривой возможно, но не всегда возможно. И величина уклона отвода воз- рым мы можем воспользоваться в критических ситуациях для уменьшения износа верхнего строения пути.