CC BY
17
УДК 625.1:656.2.022.846
М. Б. КУРГАН, Д. М. КУРГАН (ДПТ), В. I. ХАРЛАН (Придтпровська залiзниця)
ВИЗНАЧЕННЯ ДОПУСТИМО? ШВИДКОСТ1 РУХУ ПО1ЗД1В З ПРИМУСОВИМ НАХИЛОМ КУЗОВ1В ВАГОН1В У КРИВИХ Д1ЛЯНКАХ КОЛ11
Розглянута доцшьнють застосування рухомого складу з примусовим нахилом кузова вагошв на дшянщ Кшв-Дншропетровськ. Показано, що використання такого рухомого складу не може бути ефективним без перебудови плану лши й додаткових швестицш в шфраструктуру зал1зниць.
Рассмотрена целесообразность применения подвижного состава с принудительным наклоном кузова вагонов на участке Киев-Днепропетровск. Показано, что использование такого подвижного состава не может быть эффективным без переустройства плана линии и дополнительных инвестиций в инфраструктуру железных дорог.
Expediency of application of rolling stocks with tilting cars on the rail section Kiev-Dnipropetrovsk has been considered. Is has been shown that the use of such cars cannot be efficient without a reorganization of the track plane and additional investments into the railway infrastructure.
Прюритетними напрямками модершзаци залiзниць Укра!ни на наступш роки е вщнов-лення колшного господарства i рухомого складу. Другий напрямок передбачае не тшь-ки закутвлю, але й виробництво в Укра!ш рухомого складу з примусовим нахилом ку-зовiв вагошв. Перевага таких поIздiв полягае в тому, що за рахунок конструктивно! особли-восп вони здатш з бшьш високими швидкостями, шж звичайний рухомий склад, проходити кривi дiлянки. Такий споаб застосований, наприклад, на електропо!здах Ре^оНпо (Iталiя), по!здах серiI 1СТ (Кмеччина) [1].
Як показали розрахунки, виконаш для залiз-ниць Укра!ни, визначальними факторами, що впливають на кшцевий результат, е фактичнi радiуси кривих, величини розрахункового тд-вищення зовшшньо! рейки, яка визначаеться в основному вантажними по!здами, i крутизна вщводу пiдвищення. Короткi перехiднi кривi i крутi вiдводи пiдвищення зовнiшньоI рейки, наявшсть складових (два i бшьше радiусiв) i сполучених кривих (розподшених короткими прямими вставками) не дозволяють забезпечи-ти високi швидкостi руху без перебудови кривих. Отже, характеристики плану лши вплива-ють на остаточний результат.
Наведемо даш з роботи [2] щодо можливос-т збiльшення швидкостi АУ на напрямку Берлiн-Мюнхен. Так, на дшянках Ерланген-Лiхтенфельс АУ = 0, Лiхтенфельс-Хохштадт-Марктцойльн АУ=10 км/год, Хохштадт-Марктцойльн-Заальфельд - АУ=40 км/год. З цього прикладу видно, що висновки щодо збшь-шення швидкосп руху поIздiв типу Pendolino i скорочення часу руху можна робити тшьки пiсля детальних дослiджень конкретних д^нок.
Для проведення дослщження вибраний напрямок Кшв-Дшпропетровськ, на якому в 2003 рощ був впроваджений прискорений рух ден-них експрешв. Щоб урахувати частоту розта-шування кривих, !хш параметри i взаемний вплив на допустиму швидкiсть руху поIздiв, цей напрямок був розподiлений на окремi дшя-нки. Результати аналiзу параметрiв плану наведено на рис. 1 i в табл. 1.
З рис. 1 i табл. 1 випливае, що за параметрами плану дшянка Кшв-Мирошвка е найбшьш придатною для оргашзаци швидкiсного руху. Сумарна протяжнiсть кривих становить 17,5 % вщ довжини дшянки, середнiй радiус 1 280 м. Iншi дiлянки е досить складними. Наприклад, на дшянщ Мирошвка-Т. Шевченка сумарна протяжнiсть кривих 48,2 %, у т. ч. радiусом до 1 600 м - 42,1 %.
Дослiдимо, по-перше, яю допустимi швидко-стi руху в кривих може реалiзувати рухомий склад з примусовим нахилом кузовiв вагошв, подруге, як складнють плану лши впливае на переваги рухомого складу з примусовим нахилом ку-зовiв вагонiв у порiвняннi iз звичайним рухомим складом, тобто на яких дiлянках мае мiсце найбь льше зростання швидкостi й економiя в чаа руху.
Методика дослiдження базуеться на засто-суваннi тягово-експлуатацiйноI модел^ розроб-лено1 на кафедрi проектування i будiвництва дорiг Д11Ту. Така модель дозволяе встановлю-вати тдвищення зовнiшньоI рейки в кривих i вiдповiдну довжину перехiдних кривих, визна-чати допустиму швидкiсть руху, виконувати тяговi розрахунки, а також ощнювати комфор-табельнiсть 1зди [3].
X Ш
а
И ГО ГО
ш го
о н
5
, 20
15
10
П-
200-400 401-600 601-800 801-1000 1001-1200 1201-1400 1401-1600 1601-1800 1801-2000
Дiаnазони радiусiв кривих, м
□ КиТ'в-Мироывка
□ Знам'янка-П'ятихатки
Мироывка-Т.Шевченка I П'ятихатки-Верхiвцеве
□ Т.Шевченка-Знам'янка
□ Верхiвцнве-Днiпропетровськ
Рис. 1. Гiстограма розподiлу радiусiв кривих на напрямку Кшв-Дшпропетровськ
Таблиця 1
Характеристики плану дшянок, що дослiджуються
Дшянки Сумарна довжина кривих, ^ К Сума кутав повороту, ^а Середнш рад1ус, Ксер Питома вага кривих, у <1600 м
км % град./км м %
Кшв-Мирошвка 18,9 17,5 7,86 1280 12,3
Мирошвка-Т. Шевченка 52,3 48,2 22,98 1202 42,1
Т. Шевченка-Знам'янка 41,0 44,7 27,63 926 41,9
Знам 'янка-П' ятихатки 36,9 35,9 22,23 924 34,3
П'ятихатки-Верх1вцеве 17,8 36,3 18,65 1118 32,4
Верх1вцеве-Дншропетровськ 33,0 46,3 28,12 946 40,4
Поставимо питання, коли виникае необхщ-нiсть застосування рухомого складу з примусо-вим нахилом кузовiв вагонiв. Щоб вiдповiсти на нього, нагадаемо, що на залiзницях мають мiсце сумiщенi вантажнi й пасажирсью перевезення, i по кривих рухаються по!зди з рiзними швидко-стями. У кожнш кривiй розрахунком визнача-ються i встановлюються вiдповiднi шдвищення зовшшньо! рейки кф . Для швидких поддав шд-
вищення кф може бути недостатнiм. У цьому
випадку центробiжна сила не зрiвноважуеться i нестача пiдвищення визначаеться як
кн = кт - кф 5
де кт - теоретичне шдвищення, що розрахова-не для самого швидкого по!зда.
На донках, де плануеться впровадження швидкiсного руху покадв, теоретичне шдвищен-ня кт буде збiльшуватись i рiзниця кт - кф, тобто
нестача шдвищення кн також буде зростати i при деякому значеннi швидкосп поперечнi сили мо-жуть стати б№ше допустимих значень i тодi виникае необхiднiсть обмеження швидкосп руху, або застосування спецiального рухомого складу з примусовим нахилом кузовiв вагонiв [4].
Пiд час проходження кривих дiлянок по!з-дами типу РепёоИпо кут нахилу кузова вагона регулюеться 0...8° залежно вiд кривизни коли за допомогою електронно! системи, сенсорного блоку i пневмо- або гiдроцилiндрiв. При цьому вiдцентрове прискорення, що дiе на пасажира, можна визначити за формулою
5
0
к2
3,62 Я
- О |н + ф|-Кп]
5
(1)
у-
оК
ф=
к3
оКк
3,6 Ь ' 3,63 ЯЬ 3,6 Ь5
(5)
де К - швидюсть руху по!зда в кривш, км/год; Я - iснуючий радiус криво!, м; 5 - вiдстань мiж осями головок рейок, 5 = 1600 мм; я -прискорення вшьного падiння, я = 9,81 м/с2; к - шдвищення зовшшньо! рейки в кривш, мм; ф - кут нахилу кузова, рад; [анп ] - допустиме
значення непогашеного прискорення, м/с2.
Формулу (1) можна привести до виду, зруч-ного для проведення розрахунюв за юнуючими методиками [5]:
ок
(2)
Права частина формули (5) е [у], тодi формулу можна записати як
[у] = [у] + -°%.
I- т Лумов L т J 3 6Ь
З формули (3)
0ф = [анп ]уМОВ -[анп ],
(6)
(7)
к2
2 - - - [анп ] ,
3 62 к 5 I- нп ^мов -
де [анп ] в - умовно допустиме непогашене прискорення за рахунок нахилу кузова
[анп ]умов =[анп ] + Оф .
TОДi
або
[у]
[У]умов =[у]
[у] ([а нп]умов - [анп ])
умов
(3) звщки
Анaлогiчно можна записати формулу для визначення змши непогашеного прискорення, яке дiе на пасажира, в чаа, тобто
л3
[анп ]
[у][анп ] + [у][анп ]умов - [у] [анп ]
[анп ]
[у][а нп ]
[у]
нп умов
умов
[анп ]
(8)
у =
к3
оК ( к
3,63 ЯЬ 3,6Ь ^ 5
ф
(4)
Подамо формулу (4) у виглядi
Прийнятi критери для виконання технiко-економiчних розрахуншв
Використовуючи нaведенi вище формули, були розраховаш допустимi значення критерив для звичайного рухомого складу i умовно до-пустимi для рухомого складу з примусовим нахилом кузовiв вaгонiв (табл. 2).
Таблиця 2
Критери
Позначення
Значення критерив для рухомого складу
без примусового нахилу кузова вагона
з примусовим нахилом кузова вагона
Непогашеш прискорення, м/с2
Змша непогашеного прискорення, м/с3
Уклон вщводу щдвищен-ня зовшшньо!' рейки, %о
у поодиноких кривих у сумiжних кривих у поодиноких кривих у сумiжних кривих у поодиноких кривих у сумiжних кривих
а
а
нп
сп нп
у
у
0,7
0,4
0,6
0,3
1,8
1,0 1,5
0,7
I
■сп
I = 290К-
I = 84К
-1,402
Якщо зважити на те, що вщцентрове прискорення, що дiе на пасажира в кривш, не пе-ревищуе встановлених значень [анп ] i [у], то допустимi швидкостi руху можна розрахову-вати за формулами, що наведеш в [5], використовуючи умовне значення шдвищення зовшшньо! рейки
де Ак = 5ф - додаткова компенсащя непогашеного прискорення.
Але такий шдхщ враховуе нормування тшь-ки тих показниюв, що ддать на пасажира i обу-мовлюють комфортaбельнiсть !зди. Прискорення, що виникають в нешдресоренш чaстинi екiпaжу не будуть зменшеш нахилом кузова. Тому питання взаемоди такого рухомого складу i колi! потребуе додаткового вивчення.
Тяговi розрахунки виконаш для вггчизняно-го рухомого складу з локомотивом ДС3 i закордонного, з примусовим нахилом кузовiв ваго-нiв - РеМоПпо.
Результати, що показують можливють реа-лiзащl швидкостей руху Реп^Ппо у порiвнян-нi з ДС3 в дiапазонi 121... 160 км/год наведеш на рис. 2.
^ О
>5 *
а а со
■¡= о О
Б <о с! о
3 сч -СО ч- о
3 1
5 8 ®
^ 8 а.
м .5 I
¡Г Ч 5
30.0
_ 20.0
10.0
0.0
9.8
74
£ ш 'х о а.
5
ш '5
175-
15.9
■ га
га х
х X
ш о
X О . т ш о 3
3 1-
26.4
23.8
3.9
6.0
2.73.0
Ш
5 га
9 М
со г
о га
| 5
2 |
£ « К X
И
п с
о ш о я а х
.
о со
□ Неп.кол!я □ Парна колiя
28.7
19.9
а м ■ о Ф ш Ш о ф а
Ей <й & "
X
ч
О
.
Рис. 2. Використання швидкостей руху 121.. .160 км/год при впровадженш Pendolino на напрямку Кшв-Дншропетровськ
З рис. 2 видно, що ефектившсть застосуван-ня рухомого складу з примусовим нахилом ку-зовiв вагонiв на рiзних дiлянках неоднакова, тому що кшьюсть бар'ерних мiсць, де обмежу-
еться швидкiсть руху, теж рiзна. Бар'ерними мiсцями можуть бути поодиною, складовi i сполученi кривi. Кшьюсть таких дiлянок коли наведена в табл. 3.
Таблиця 3
Кшьшсть дiлянок коли (поодинокi, складов^ сумiжнi кривГ), що обмежують швидккть руху по'£зд1в
Юльюсть кривих дшянок коли, що обмежують швидюсть руху за показниками
Назва д1лянки Я, к гвщв С С прив' тт Яприв' Ятт 1 1 Я2 Я1
Кшв-Мирошвка 28 8 3 0 5
Мирошвка-Т. Шевченка 54 27 34 0 0
Т. Шевченка-Знам'янка 64 23 0 5 9
Знам 'янка-П 'ятихатки 25 18 20 2 3
П'ятихатки-Верх1вцеве 23 6 2 0 0
Верх1вцеве-Дншропетровськ 48 13 11 2 1
Всього: 242 95 70 9 18
% 55,8 21,9 16,1 2.1 4.1
Прим1тка: Я - радус криво!, м; к - тдвищення зовншньо! рейки, мм; г - уклон ввдводу тдвищення зовншньо!
Я * Я? " ■ ^ ТЛ Т 2 ^ С * Су
- зведений рад1ус сполучення, м; Cmin = Ятт • Ь - параметр перехвдно! криво!, м; Сп -
рейки; Япр = Я, + Я2 зведений параметр сполучення перехвдних кривих,
С1 + С
2
м2.
З табл. 3 випливае, що найбшьш вагомими обмеженнями швидкостi (55,8 %) е поодиною кривi з недостатшм радiусом чи пiдвищенням
зовшшньо! рейки. На другому мiсцi (21,9 %) кри-вi дiлянки коли з крутим вщводом пiдвищення через недостатню довжину перехщних кривих.
На дшянках складного плану швидюсть об-межуеться зведеним параметром сполучення перехщних кривих (16,1 %).
Для прикладу розглянемо складовi кривi на дшянщ Ки!в-Мирошвка (км 57-58) з радiуса-ми 794, 847, 725 i 877 м, iснуючим тдвищен-ням 70 мм i перехiдними кривими вщповщно 70 i 60 м (рис. 3).
З використанням тягово-експлуатацшно! моделi установлено, що мiнiмальна допустима швидюсть для ДС3 становить 105 км/год (табл. 4) i визначаеться за формулою
: 3,6Ч|Я| [анп] + ±Ир
_| К-290 Р-1042 ЬЗО ь-т И20
ПО
К-210 Н-794 Ь-70
ЬЛТ
ЛЛ'г
120
а
58
Рис. 3. Сполучеш крив1, що дослщжуються
Таблиця 4
Допустима швидккть руху в кривих (км 57-58)
Тип елементу Початок елементу Довжина, м Рад1ус, м Шдвищення, мм Швидюсть, км/год Обмеження швидкосп
Пряма 57 + 645 195 - - - -
Перехщна 70 - - -
Кругова 57 + 840 210 794 70 За формулою (9) Я = 725 м, к = 70 мм,
Кругова Кругова 58 + 050 58 +120 70 55 847 725 70 70 105
Кругова 58 +175 35 877 70 анп = 0,7 м/с2
Перехщна 60 - - -
Пряма 58 + 210 2 847 - - - -
Допустима швидюсть руху для РепёоИпо -120 км/год, бо обмежуеться крутизною вщ-воду шдвищення зовшшньо! рейки 1,2 %о. Оскiльки крутизна вiдводу визначаеться за формулою
падку змiщення осi коли по бюектрис можна визначити за формулою
^пер 24Я
1Я(21суЩ +А/) , (10)
кр
де А1 = 1пр - 4с
г = -
1пр; 4сн - довжини проектно! й юнуючо! перехщних кривих.
При /¡сн = 60 м i /пр = 120 м, 51 = 0,6 м, що
потребуе уширення iснуючого земляного полотна. Не виконуючи подовження перехщних кривих, а тшьки збiльшуючи пiдвищення зовшшньо! рейки, маемо зворотний ефект (табл. 6).
Таблиця 6
Допустимi швидкосп руху при збшьшенш м1двищеммя зошмишьоУ рейки i модовжешм мерехiдних кривих
I
то для пiдвищення швидкостi можуть розгляда-тись варiанти збiльшення пiдвищення зовшшньо! рейки кр (див. формулу 9) i вiдповiдного
подовження перехщно! криво! I. У цьому ви-
Шдвищення, мм Допустима швидюсть, км/год
ДС3 РеМоНпо
Мшмальна довжина перехщних кривих, м Мшмальна довжина переыдних кривих, м
60 80 100 120 60 80 100 120
70 105 105 105 105 120 145 145 145
80 105 105 105 105 105 135 145 145
90 95 110 110 110 95 120 145 145
100 85 110 110 110 85 110 135 145
110 75 100 115 115 75 100 125 145
120 70 95 115 115 70 95 115 145
Висновки
1. Оргашзащя швидюсного руху по]дщв на напрямках iз сумiщеним вантажним i пасажирсь-ким рухом значно ускладнюе утримання колiI, особливо тих д^нок, що розташованi в кривих.
2. Застосування рухомого складу з примусовим нахилом кузовiв вагошв i вiдповiдноI системи руху не можна розглядати без модерш-зацп iснуючих дiлянок i додаткових швестицш в iнфраструктуру залiзниць. Впровадження нового рухомого складу слщ розглядати як дода-ток до загального комплексу заходiв з пщви-щення швидкостi руху поIздiв.
3. Висновки щодо збiльшення швидкостi руху по]дщв пiд час впровадження рухомого складу з примусовим нахилом кузовiв вагошв слщ робити для кожного з напрямюв залiзниць окремо залежно вщ складностi плану й проф> лю лiнiI, частоти розташування роздiльних пункпв та iнших факторiв.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Зубко А. П. Анал1з можливосп застосування рухомого складу з примусовим нахилом кузова вагошв при оргашзацп швидюсного руху / А. П. Зубко, I. П. Корженевич, М. Б. Курган, Д. М. Курган // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту за-
л1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - Д.: Вид-во Дшпропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна, 2004. - Вип. 4. - С. 156-164.
2. SIX CARS ELECTRIC PENDOLINO for Ukraine. Technical Description. Alstom. Savigliano. - 2003. -18 р.
3. Курган М. Б. Оргашзащя швидюсного руху при застосуванш рухомого складу з примусовим нахилом кузова вагошв / М. Б. Курган, I. П. Корженевич, В. В. Арсонов // Вкн. Дншропетр. нац. унту залiзн. трансп. т. акад. В. Лазаряна. - Д.: Вид-во Дшпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна, - 2006. - Вип. 11. - С. 41-47.
4. Харлан В. I. Дослвдження впливу параметрiв траси залiзницi i типу рухомого складу на рь вень максимально! швидкосп // Вюник Дшпро-петровського нацюнального ушверситету залiз-ничного транспорту iменi академiка В. Лазаряна. - Вип. 4. - Д.: Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна, 2004. - С. 74-83.
5. Орловський А. М. Правила визначення шдви-щення зовнiшньо! рейки i встановлення допус-тимих швидкостей в кривих / А. М. Орловський, О. М. Патласов, В. В. Циганенко, Л. Я. Воробей-чик, В. I. Климов, М. Б. Курган: ЦП/0056: Затв. наказом Укрзалiзницi ввд 27.04.99 № 124-Ц. - Д.: Арт-Прес, 1999. - 44 с.
Надшшла до редколегп 07.06.2006.
