CC BY
9
УДК:625.113:656.224.027
В. I. ХАРЛАН (Приднiпровська залiзниця)
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПАРАМЕТР1В ТРАСИ ЗАЛ1ЗНИЦ1
I ТИПУ РУХОМОГО СКЛАДУ
НА Р1ВЕНЬ МАКСИМАЛЬНО? ШВИДКОСТ1
Дослщжено вплив параметр1в плану, поздовжнього профшю i типу рухомого складу на р1вень максимально! швидкосл при впровадженш швидкiсного руху по].здв.
Исследовано влияние параметров плана, продольного профиля и типа подвижного состава на уровень максимальной скорости при введении скоростного движения поездов.
The article investigates the influence of plane, the longitudinal profile parameters and the kind of rolling stock on the level of maximal speed in introduction of high speed train services.
Вступ
Основною метою оргашзацп швидюсного руху пасажирських по1здв в Укра!ш е суттеве шд-вищення швидкостей руху поIздiв та покращення сервюу обслуговування пасажирiв.
Для пiдвищення швидкостей руху поIздiв у кривих дiлянках колiI застосовують рiзнi спо-соби зменшення непогашеного прискорення. Найбiльш розповсюджений метод у Сврош - це примусовий нахил.
У 2003 р. представники Укрзалiзницi ознайо-мились з досвщом впровадження швидюсного руху на залiзницях Фiнляндii з застосуванням поIздiв типу Pendolino i надали пропозицiI щодо проведення технiко-економiчного обгрунтування доцiльностi впровадження на залiзницях Украни поIздiв Pendolino з вагонами, що обладнанi при-строями нахилу кузова.
Новi поIзди, якi випускае компашя Alstom Transport, можуть використовуватись на залiзницях, електрифiкованих як на по-стiйному струмi 3 кВ, так i змiнному 25 кВ, 50 Гц. Вартють одного поIзду з 9 вагошв -16...18 млн дол. США [1].
Викликае штерес дослщження можливостi застосування подiбного типу рухомого складу на залiзницях Украши, в тому числi на При-днiпровськiй залiзницi на напрямках швидю-сного руху.
Постановка задачи
Метою роботи е дослщження впливу параме-трiв плану, поздовжнього профiлю i типу рухомого складу на рiвень максимальноI швидкостi при впровадженш швидюсного руху поIздiв, проведення порiвняльного аналiзу поIздiв, що пла-
нуються до випуску в Укра'ш, з по'здами типу Pendolino, що використовуються за кордоном.
Оскiльки ефект вщ впровадження рухомого складу досягасться в кривих дiлянках колii, то розглянемо, яю сили дiють на екшаж i чому отримуеться шдвищення швидкостi руху для звичайного екшажа i з примусовим нахилом кузова вагошв.
Одиниця рухомого складу, що рухаеться по кривш, шдпадае дп двох основних сил, прикла-
дених в центрi тяжiння: горизонтальноi центро-б • F mV2 •
0iжн0i сили F = ———, яка направлена назовн1
коли i складовоi ваги екшажа P sin в = mg sin в, де V - швидюсть, м/с, g - прискорення вiльного тяжшня, m - маса екшажа.
Рiвнодiюча цих двох сил R урiвноважуеть-ся, коли вона перпендикулярна горизонтально площиш, що проходить через поверхнi кочення рейок, тобто коли пiдвищення зовшшньо' рейки дорiвнюе теоретичному hm , яке визначаеть-ся розрахунком.
На рис. 1 наведена розрахункова схема для визначення шдвищення.
Вщповщно до рисунка теоретичне шдвищення hm = S sin в, де S - ширина коли. При малих кутах sin в ~ tge .
Оскiльки
F
то
hm =
SV 2
gR
р
/г
\ /
1 \
R^
Ro
р=тд
Ч ,ч2
Рис. 1. Схема сил, що дшть на одиницю рухомого складу в кривш
Якщо на зал1знищ сумщений рух вантаж-них { пасажирських по!зд1в, що рухаються по кривш з р1зними швидкостями, то центроб1жна сила може не вр1вноважуватись { тод1 необхщ-но установити середньозважене тдвищення (фактичне) кф, щоб уникнути перевантаження
внутршньо! рейки по!здами, як рухаються 1з швидюстю менше розрахунково!. У цьому ви-падку вр1вноважуегься тшьки частина Е центроб1жно1 сили. Р1зниця Е — Е (м1ж теоре-тичним { практичним тдвищенням) - не зр1в-новажену частину центроб1жно! сили, а нестача тдвищення визначасться як
ф
(рис. 1), причому р1зниця Е — Е пропорцшна нестач1 тдвищення
Е — Е' = — (к К V
кф )= "Ккн •
Теоретичне тдвищення кт збшьшуеться при шдвищенш швидкост руху по!зд1в, р1з-ниця кт — кф також збшьшуеться з ростом
швидкость При деякому значенш швидкост нестача тдвищення стае настшьки значною, що поперечт сили перевищать допустим1 значення, { тод1 виникае необхщнють обме-ження швидкост руху, що визначаеться не-стачею тдвищення.
Таблиця 1
Допустима швидккть руху рухомого складу без примусового нахилу кузова (непогашене прискорення 0,7 м/с2)
Шдвищ.
Допустима швидюсть руху, км/год, для кривих рад1усш, м
мм 3000 2500 2000 1750 1500 1250 1000 900 800 700 600 500 400
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
150 220 220 205 192 177 162 145 137 130 121 112 102 92
140 220 220 201 188 174 159 142 135 127 119 110 100 90
130 220 220 197 184 171 156 139 132 125 117 108 98 88
120 220 216 193 180 167 153 136 129 122 114 106 96 86
110 220 211 189 177 163 149 133 127 119 112 103 94 84
100 220 206 184 173 160 146 130 124 117 109 101 92 83
90 220 201 180 168 156 142 127 121 114 107 99 90 81
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
80 215 196 176 164 152 139 124 118 111 104 96 88 79
70 210 191 171 160 148 135 121 115 108 101 94 86 77
60 204 186 166 156 144 132 118 112 105 98 91 83 74
50 198 181 162 151 140 128 114 108 102 96 88 81 72
40 192 175 157 146 136 124 111 105 99 93 86 78 70
30 185 169 151 142 131 120 107 102 96 90 83 76 68
20 179 163 146 137 126 115 103 98 92 86 80 73 65
10 172 157 140 131 122 111 99 94 89 83 77 70 63
У сучасних еюпажах, що при проходжент криво! мають примусовий крен усередину криво! у (до 8°), додатково компенсуеться непогашене прискорення, що д1е на пасажира. Розрахунки 1 практика експлуатацл по!зд1в Pendolino показали, що можна прийнятианп прим = 1,8 м/с2. При
проходженш по!зд1в Ре^оНпо допустима швид-кiсть в кривих зростае (табл. 2).
При тдвищенш швидкост збшьшуються динам!чш сили взаемодп в систем! колесо-рейка, а тому европейський стандарт для таких по!зд1в ор1ентований на низьке осьове
навантаження 16,5 т. Максимальш сили, що д!ють на кол1ю при допустимому непогаше-ному прискоренн! 1,8 м/с : вертикальна сила м!ж колесом ! рейкою - 160 кН, бокова сила м!ж колесом ! рейкою 60 кН (рад1ус криво! в!д 300 до 1000 м) ! 55 кН (рад1ус криво! бь льше1000 м).
За даними табл. 2 можна зробити висновок, що швидюсть руху в кривих може збшьшитись до 30 %. Остаточш висновки можна зробити тшьки тсля детальних дослщжень на конкрет-них д!лянках коли.
Таблиця 2
Збшьшення швидкостi руху (у ввдсотках) у мор1вмямм1 з рухомим складом без мримусового нахилу кузова
Шдвищ.
Збшьшення допустимо! швидкосп для рухомого складу
км/год, для кривих радiусiв.
з примусовим нахилом кузова, м
мм 3000 2500 2000 1750 1500 1250 1000 900 800 700 600 500 400
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
150 0,0 0,0 6,9 11,7 19,3 22,8 22,8 22,8 22,8 22,8 22,8 22,8 22,8
140 0,0 0,0 8,7 13,3 20,9 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4 23,4
130 0,0 0,0 10,5 15,1 22,5 24,1 24,1 24,1 24,1 24,1 24,1 24,1 24,1
120 0,0 2,0 12,3 16,8 24,1 24,8 24,8 24,8 24,8 24,8 24,8 24,8 24,8
110 0,0 4,1 14,2 18,6 25,5 25,5 25,5 25,5 25,5 25,5 25,5 25,5 25,5
100 0,0 6,2 16,1 20,4 26,2 26,2 26,2 26,2 26,2 26,2 26,2 26,2 26,2
90 0,0 8,5 18,1 22,3 27,0 27,0 27,0 27,0 27,0 27,0 27,0 27,0 27,0
80 2,2 10,7 20,2 24,3 27,9 27,9 27,9 27,9 27,9 27,9 27,9 27,9 27,9
70 4,8 13,1 22,2 26,2 28,8 28,8 28,8 28,8 28,8 28,8 28,8 28,8 28,8
60 7,4 15,5 24,4 28,3 29,8 29,8 29,8 29,8 29,8 29,8 29,8 29,8 29,8
50 10,1 17,9 26,6 30,3 30,9 30,9 30,9 30,9 30,9 30,9 30,9 30,9 30,9
40 12,9 20,5 28,9 32,0 32,0 32,0 32,0 32,0 32,0 32,0 32,0 32,0 32,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
30 15,7 23,1 31,2 33,3 33,3 33,3 33,3 33,3 33,3 33,3 33,3 33,3 33,3
20 18,7 25,8 33,6 34,6 34,6 34,6 34,6 34,6 34,6 34,6 34,6 34,6 34,6
10 21,8 28,6 36,1 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0 36,0
Щоб урахувати складнють плану лши (частоту розташування кривих, !хнш взаемний вплив) { крутизну шдйом1в на поздовжньому профш, були виконаш розрахунки для таких вар1анпв:
1-й вар1ант. План лши складний, крив1 ра-д1усом 600 м розташоваш на коротюй вщсташ одна вщ одно!. Допустима швидюсть руху при пщвищенш зовшшньо! рейки 100 мм становить 101 км/год (див. табл. 1). Максимальна швидюсть, що характерна для швидюсного руху (160...200 км/год), не може бути реал1зована на прямих дшянках, тобто д1е суцшьне обмеження швидкост за параметрами кривих.
1з в1тчизняних розглядались локомотиви
Утах
ДС3 (конструкцшна швидюсть 160 км/год) 1 ДС4 (проектна швидюсть 200 км/год). Для пор1вняння були виконаш розрахунки для ру-хомого складу з примусовим нахилом кузова вагошв - Pendolino (200 км/год). За такими ж вихщними даними максимально допустима швидюсть в кривих бшьша на 26 км/год, тобто становить близько 130 км/год.
2-й вар1ант. План лши менш складний. Крив1 рад1усом 600 м розташоваш на вщсташ, що дозволяе по!здам розпнатись { рухатись пе-вний час з максимальною швидюстю (рис. 2). Допустим швидкосп руху в кривих таю ж, як у першому вар1анп.
№тах
\ Уобм
Дтянки Lraл Lобм Lроз Lmax
*- Lц -»•
Рис. 2. Схема проходження по!здом криво!:
Ьгал - довжина дшянки гальмування для зниження швидкосп з максимально допустимо! на прямш Vmax до обмежуючий на кривш Уобм ; Ьроз - дшянка розгону до максимально! швидкосп; Ьтах - довжина д1лянки, де по!зд рухаеться з максимальною швидюстю, визначаеться економ1чними розрахунками [ становить близько 5.7 км
Вщповщно до рис.2 час руху по!зда на дшя-нщ довжиною Ьц визначаеться за формулою
вщ 0 до 9 %о. Результати виконаних розрахунюв наведеш на графках (рис. 3-5).
Т = ц
V
сер
V — V б
тах обм
сер
ь
обм
V — V б тах обм
V.,
обм
сер
+
ь
'обм
ь
роз ,
Vm
де Ъ
а - середне прискорення в1дпов1дно
сер ' сер
при гальмуванш \ розгош
3-й вар1ант. Крив1 рад1усом 600 м розташоваш на таюй вщсташ, що дозволяе по!здам роз> гнатись \ рухатись певний час з максимальною швидюстю 180.200 км/год. Допустим! швидкосп руху в кривих таю ж, як у першому вар1анп. Крутизна уклошв у вс1х вар1антах приймалась
> и а У а т о 200,0
а в ю о 160,0
^ 2 о к т р а 120,0
о X У а Ч н у 80,0
о р о ч Ё а 40,0
о к х 0,0
О м
1-й варiант 184 182
95
^6 73
36 -
Г Г
9
0 3 6
Уклони, %о
□ Рiзниця Т, хв С^зниця Км, ткм
Рис. 3. Скорочення часу руху 1 збшьшення мехашчно!' роботи локомотива на дшянках складного плану лши
2-й BapiaHT
>
о га
X
5 |
(О F
5 S S
Xtfl'Og
I ä I
о xS
<3 s S
600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0
505
-
11 11 11 11
Уклони, %о
□ Рiзниця Т, хв □ Рiзниця Rm, ткм
Рис. 4. Скорочення часу руху i збшьшення ме-хашчно! роботи локомотива (максимальна швидкгсть мгж кривими до 160 км/год)
3-й BapiaHT
я н о 400,0
н (1) в х н X и т 300,0
X о > X га о ю 200,0
о. о к О га X х Ü о Q. 100,0 0,0
^01
296306^
0 3 6 9 Уклони, %о
□ Рiзниця Т, хв □ Рiзниця Rm, ткм
Pendolino досягаеться на складних дiлянках плану лши, але при цьому збiльшуються меха-шчна робота локомотива i витрати електроене-prii. Вплив параметрiв профшю незначний при фоpмуваннi легких roi^iB масою 400.. .500 т.
У другому ваpiантi досягаеться значно менша економя часу - 11 хв. I ДС4 i Pendolino pеалiзують швидюсть до 160 км/год, але в першому випадку обмеження в кривих 100 км/год i необхiдно розь гнатись вiд Уобм до Vmax (AV = 60 км/год), у другому випадку AV = 30 км/год i для цього потpiбнi меншi витрати електpоенеpгii.
У третьому ваpiантi економiя часу стано-вить всього 7 хв.
Подальшi розрахунки були виконанi для д^н-ки П'ятихатки-Днiпpопетpовськ, де вже впрова-джений прискорений рух поiздiв (до 140 км/год).
На д^нщ П'ятихатки-Верх1вцеве швидюсть до 160... 180 км/год може бути pеалiзована тiльки на перегон Вольногорськ-Верховцеве як ДС4, так i Pendolino. Скорочення часу руху на дшян-цi 49 км становить 7 хв.
Дшянка Верхньодншровськ-Дншропетровськ мае бiльш складнi параметри плану, максимальна швидюсть досягаеться 160 км/год на одному з перегошв Верховцево-Верньодншровськ. Скорочення часу руху на д^нщ 71 км становить всього 4 хв.
Рис. 5. Скорочення часу руху i збшьшення мехашчно! роботи локомотива (максимальна швидшсть мгж кривими до 200 км/год)
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИИ СПИСОК
1. SIX CARS ELECTRIC PENDOLINO for Ukraine. Technical Description. Alstom. Savigliano. - 2003. - 18 s.
Аналiз результа^в
З аналгзу ггстограм видно, що найбгльше скорочення часу руху при застосуванш по!здгв
Надгйшла до редколегп 05.06.04.
0
