CC BY
78
УДК 625.113:656.2.022.846
М. Б. КУРГАН, М. А. ЗАЯЦ (ДПТ)
ВИЗНАЧЕННЯ МШШАЛЬНОГО РАД1УСА КРИВИХ В ПЛАН1 З УРАХУВАННЯМ РОЗПОД1ЛУ ПЕРЕВЕЗЕНЬ
Викладена методика обгрунтування мiнiмального paAÎycy криво1 при впровадженш швидк1сного руху на юнуючш зaлiзницi за умови пеpедaчi частини вантажопотоку на паралельний хвд.
Изложена методика обоснования минимального радиуса кривой при введении скоростного движения на существующей железной дороге за счет передачи части грузопотока на параллельный ход.
The technique of a substantiation of the minimal radius of a curve is stated at introduction of high-speed movement on the existing railway due to transfer of a part of a freight traffic on a parallel course.
У склад м1жнародних транспортних коридо-р1в на територп Украши входять двоколшш за-л1знищ з високою пропускною спроможшстю. Однак i вони не вщповщають вимогам МСЗ i ОСЗ, так як не забезпечують швидюсть руху вантажних поïздiв 100...120 км/год, пасажирсь-ких - 160.200 км/год.
Проблеми експлуатацшного i техтчного характеру, що виникають при сумюному pyti, по-в'язaнi iз спiввiдношенням швидкостей вантажних i пасажирських поïздiв, розладами веpхньоï будови колiï. При значнш piзницi у швидкостях пасажирських i вантажних поïздiв може суттево зменшитись пpовiзнa спpоможнiсть лiнiï, на якш впроваджуеться швидкiсний рух.
На I-й всесв^нш конфеpенцiï з шфраструк-тури зaлiзниць (Париж, 2003 р.) було вiдмiчено, що технiчно украшсью зaлiзницi можуть забез-печити швидюсть руху на головних напрямках до 200 км/год, але за умови, що вантажний рух буде вщдшений вiд пасажирського [1].
Здолбунов
Кабшет Мiнiстpiв Украши 27 грудня 2006 р. затвердив «Концепцiю Державно1' програми ре-формування зaлiзничного транспорту». В ходi ре-формування плануеться pоздiлити вантажний i пасажирський рух, оскшьки сполyченi перевезен-ня приводять до великих експлyaтaцiйних витрат.
У пакет пpопозицiй вiд Укpзaлiзницi, обов'язково буде розподш вантажного i пасажирського руху на тих дшянках, де необхщно забезпечити максимальну швидюсть поïздiв за скороченим часом доставки пaсaжиpiв [2]. Пpiоpитетними, швидше за все, будуть визна-ченi приведет нижче дiлянки.
На рис.1 показана дшянка Киïв-Львiв най-менше з двома можливими паралельними ходами. Перший через Коростень-Шепеивку-Здолбyнiв, а другий через Фаспв-Жмеринка-Теpнопiль. При чому, як показують iснyючi pозмipи руху, доцiльнiше переключати вантаж-ш по1'зди на веpхнiй х1д, тодi як нижнiй вiддaти пiд пасажирський рух.
Коростень
Кшв
Фаспв
Козятин
(О,
Тернопшь
Вшниця
Хмельницький
Жмеринка Рис. 1. Схема дiлянки Кигв-Львш
Наступним прикладом може стати напрямок Кшв-Лозова (рис. 2). Як бачимо тут також спо-стерiгаeться два паралельних напрямки: один через П'ятихатки, iнший через Полтаву.
Кшв
Але на даний момент паралельний хщ Ки-1в-Полтава-Донецьк недостатньо задiяний, тодi як хiд через П'ятихатки досить переван-тажений.
Полтава
Красноград
Лозова
¡м. Т.Шевченка
П'ятихатки Дн1пропетровськ Рис. 2. Схема д1лянки Кшв-Лозова
Днiпропетровськ-Донецьк, ще одна дiлянка з високими розмiрами руху i можливiстю пере-ключення частки вантажопотоку з напрямку
Дншропетровськ-Чаплине-Донецьк на паралельний хiд Дшпропетровськ-Павлоград-Донецьк (рис. 3).
Новомосковськ
Павлоград
Красноармшськ
Дн ¡пропетровс
Синельникове
Чаплине
Донецьк
Рис. 3. Схема д1лянки Дншропетровськ - Донецьк
Наведенi дшянки доводять можливiсть запро-вадження спецiалiзованих пасажирських i ванта-жних залiзничних напрямкiв на залiзницях Укра-1ни. Але необхщно розглянути питання впливу перерозпод^ вантажопотоюв на вибiр парамет-рiв плану лши, особливо в кривих дiлянках коли.
Як вщомо, основною причиною, що обме-жуе максимальну швидкiсть, е кривi. Кривi в бiльшостi випадкiв визначають надшнють ро-боти залiзничноl коли й рiвень допустимо! швидкостi. Проблема визначення параметрiв кривих, перш за все мшмального радiуса i шд-вищення зовшшньо! рейки, iснуе i в европейсь-ких крашах. Так, у 2006 рощ на нарадi експер^в Комюи ОСЗ з iнфраструктури i рухомому складу серед шших розглядалось питання оптиш-зацп улаштування пiдвищення зовшшньо! рей-
ки в кривих в умовах швидюсного руху сум> щеного з вантажним [3].
У нормативному документ [4] сказано, що значення найменшого радiусу кривих при по-силеннi (реконструкций модершзацн) iснуючих залiзниць необхiдно встановлювати залежно вiд швидкостей руху, якi передбачаються, пасажирських i вантажних по!здiв i значень радiусiв кривих юнуючо! коли. Доцiльнiсть перебудови iснуючих кривих, яю обмежують намiченi швидкостi руху, повинна бути техшко-еконо-мiчно обгрунтована.
Фактично на цьому вичерпуються рекомендаций що стосуються реконструкцп юну-ючих залiзниць. Не дають вщповда на це питання i будiвельно-технiчнi норми Росшсько! Федераци [5].
Методик визшчення мiнiмaльниx paдiyciв кpивиx зa yмoв зaбезпечення мiцнocтi й crimo-cтi кoлiï i pyxoмoгo cклaдy, безпеки pyxy й то-мфopтy пacaжиpiв виклaденa в poбoтi пpoф. О. П. Gpшкoвa [6].
Дoтpимaння циx yмoв oпиcyeтьcя тpьoмa poзpaxyнкoвими фopмyлaми:
- зaбезпечення oднaкoвoгo cилoвoгo впливу нa oбидвi pейкoвi нитки вщ cyмapнoгo пoтoкy пoïздiв
(1)
- непеpевищення непoгaшениx пpиcкopень, cпpямoвaниx нaзoвнi кpивoï пpи пpoxoдженнi нaйбiльш шведтого пoïздa
а„
<[а]
L J3
(2)
- oбмеження непoгaшениx пpиcкopень, cпpямoвaниx ycеpединy кpивoï пpи пpoxoджен-ш вaнтaжнoгo пoïздa з нaйменшoю швидкютю
а
< [а]
L Jb
(3)
3i cпiльнoгo poзв'язкy yмoв (1) i (2) oтpимa-eмo фopмyлy для визтачення тaк звaнoгo мш> мaльнo pекoмендoвaнoгo paдiycy
щ =
г2
' cеp зв
3,62 [анп ]з
(4)
де k - тефодент, щo вpaxoвye змiщення центpy вaги екiпaжa в зoвнiшню cтopoнy го вiднoшенню дo oci кpивoï.
З фopмyли (4) випливae, щo для визтачення
неoбxiднo знaти xoдoвi швидкocтi пoïздiв ycix кaтегopiй Vi, дaнi пpo 1хню кшькють Ni i мacy Qi. Toдi cеpедньoзвaженy швидкicть мoжнa визшчити зa фopмyлoю
Vc
cеp зв
Z NQi
(5)
Шляx oтpимaння oб'eктивнoï iнфopмaцiï дo-cить cклaдний i тpyдoмicткий. Biдпoвiднo дo [7] пpoпoнyerьcя poбити дoбip швидкocтемipниx cтpiчoк пpoтягoм пiвpoкy пo кoжнoмy виду ГО13-дiв i пo ниx визнaчaти швидкicть кoнкpетнoгo пoïздa. Однaк i в тому випадку, кoли б yдaлocя вибpaти зi швидкocтемipiв фaктичнi швидкocтi пoïздiв, щo пpoйшли зa piк, не мoжнa впевненo œaaara, якa буде cеpедньoзвaженa швидкicть, щo вiдпoвiдae пеpевезенням мaйбyтньoгo poRy. Це пш^ня вимaгae дoдaткoвoгo дocлiдження.
Дpyгa cклaднicть - це poзpaxyнкoвi мacи го-ïздiв. Boни пpиймaлиcя вщговщними вaгoвiй нopмi пoïздa дaнoï кaтегopiï. Aнaлiз poзпoдiлy мac пoïздiв piзниx кaтегopiй Ni i для piзниx д> aпaзoнiв швидкocтей Vi пoкaзaв, щo мacи мo-жуть змiнювaтиcя в шиpoкoмy дiaпaзoнi Qi [S].
Одним з мoжливиx шляxiв виpiшення зaдaчi е мaтемaтичне мoделювaння pyxy пoтoкy гох'з-дiв i m цiй ocнoвi пpoгнoзyвaння cеpедньoзвa-женoï швидкocтi й пiдвищення зoвнiшньoï pей-ки нa пеpcпективy.
Для пpoгнoзyвaння poзпoдiлy швидкocтей нa дiлянкax зaлiзниць, де пеpедбaчaerьcя впpo-вaдження швидкicнoгo pyxy пoïздiв, були вито-pиcтaнi теopетичнi кpивi зa титом тaкиx, якi та-веденi в po6otc [9]. Фpaгмент тaкoгo poзпoдiлy для пacaжиpcькиx i вaнтaжниx пoïздiв пoкaзa-ний нa pиc. 4.
Cеpедньoквaдpaтичнi вiдxилення а™0, ав™ ycтaнoвлювaлиcя нa ocнoвi cтaтиcтичнoï o6PO6HM мaтеpiaлiв з ypaxyвaнням пеpcпективнoгo npo-гнoзy. Maкcимaльнi швидкocтi pyxy пacaжиpcь-hmx, вaнтaжниx пoвнoвaгoвиx i пoвнococтaвниx пoïздiв визнaчaлиcь тягoвими poзpaxyнкaми.
д
•2 о с
40 30
Ö 20
к ь
2
10 0
10
20
30
40
50
60
70
S0
90
100
Швидкicть, км/год
Риа 4. Poзпoдiл фaктичнo pеaлiзoвaниx швидкocтей pyxy (cyцiльнa лшш вiдпoвiдae пacaжиpcькoмy, a пyнктиpнa - вaнтaжнoмy pyxy)
0
Таким чином, потш по]дщв подаеться у ви-глядi тривимiрноl поверхнi, що визначае кшь-кiсть поlздiв для задано! швидкосп i маси i описуеться рiвнянням N = (V, О).
З метою наближення функци /р до реаль-них умов експлуатацi!, потш по!здiв розбива-еться на категори, для кожно! з яких задаються
параметри законiв розподiлу. Фрагмент роботи програми наведений на рис. 5.
За допомогою ще! програми були виконаш розрахунки середньозважено! швидкостi при передачi вантажних по!здiв на паралельний хвд при рiзнiй кiлькостi пасажирських по!здiв в по-тоцi (рис. 6).
Рис. 5. Фрагмент роботи програми
10 15 20 25 30 35 40 45 50
Ктьмсть вантажних по'13Фв
□ Ыпс= 10 1Чпс=15
1\1пс=20 — —Ыпс= 25 1Чпс=30
1Чпс=35 Ыпс= =40 Усркв=80
Логарифмический (Ыпс=10)
Рис. 6. Залежшсть середньозважено!' швидкосп в1д структури по!'здо потоку
Вибiрковi результати розрахунюв наведенi в табл. 1.
Ан^з даних табл. 1 показуе, що максима-льну швидюсть (у прикладi 140 км/год) можна забезпечити на iснуючiй залiзницi (до пере-ключення вантажопотоку) в кривих радiусом
^РеК -1646 м, а пiсля передачi 40 пар по!з-
дiв/добу на паралельний хщ - в кривих
^реП - 1340 м. Таке ршення прийняте за умови
виконання всiх трьох вимог (1-3).
При збшьшенш розмiрiв пасажирського ру-ху чи передачi частини вантажних поlздiв на паралельш ходи зростае середньозважена швидюсть, отже при меншому значеннi ЛРеП можна
буде реалiзувати максимальну швидюсть шви-дкiсними по!здами ( рис. 7).
Таблиця 1
Параметри кривих в залежмосп ввд структури поТздопотку при встановленiй максимальмш швидкостi для пасажирських поТздiв 140 км/год
Юльюсть вантажних по!з-дв, пар/добу Середньозважена швидкють, км/год Розрахункове тдвищен-ня, мм Мшмально рекомендуе-мий рад1ус криво!, м
була стала була стала було стало був Став
50 40 68,3 70,8 35 40 1646 1608
50 30 68,3 74,0 35 45 1646 1557
50 20 68,3 78,5 35 55 1646 1481
50 10 68,3 86,3 35 70 1646 1340
Крив^ що наведенi на рис. 6, можна апрок-симувати логарифмiчними функщями. Напри-клад, при постiйнiй юлькосп пасажирських по-1здв Ыпас - 10 пар/добу маемо
Пер.кв =-11,174-1п(^ВаН ) + 112. (6)
Використовуючи формулу (6), визначаемо, насюльки можна збiльшити пiдвищення в кривих (7), допустиму швидюсть руху (8) i при якому мшмальному радiусi (4) можна забезпечити встановлену максимальну швидкiсть
12 5 • IV2 — V2 I
^^ серзв (г+1) серзв (г7
Д - - . (7)
Д^оп - 3,6 * [ [ анп ] + . (8)
4500
4000
г
о" 3500 >
ге 3000 2500
х
Ей 2000
со 5
'х 1500
1000
500
50 60 70 80 90 100 110 120 130 Середньозважена швидкють поТздопотоку, км/год
Упс=120
Упс=140
Упс=160
Упс=180
Упс=200
Рис. 7. Залежшсть мшмального рад1уса криво! в1д швидкосп руху V 1 середньозважено! швидкосп потоку пойд1в VсерЗВ
пас тах
Але на даний час у Сврош вщмовились вщ виконання першо! умови i виходять лише з ви-конання 2 i 3 умов. Тако! ж точки зору дотри-мувався, наприклад, в Росп професор С. П. Пе-ршин [10]. Знайдений ращус при цьому зазви-чай називають мiнiмально допустимим (9)
V 2 - V 2
г>доп _ шах пас шт ван
■^шш _"
3,62 (нп ]зов -[анп ]Вн )
(9)
Мшмально допустимий радiус напряму за-лежить вiд мiнiмально! швидкост вантажного
повда, яка може суттево змiнюватись при пе-реключеннi вантажопотоюв. Так як на парале-льний хщ в першу чергу передаються найбшьш важкi та тихохiднi по!зди, а залишаються по!з-ди з достатньо великою швидюстю та невеликою масою, (наприклад, контейнерш), то мшь мальна швидкiсть по!здiв може збшьшитись вiд 40 до 80 км/год.
На рис. 8 показана залежшсть мшмального радiусу при збшьшенш мiнiмально! швидкостi по!здiв.
40 50 60 70 80
Швидк1сть вантажних по!зд1в, км/год
90
Упс=120 Упс=140 Упс=160 Упс=180
Упс=200
Рис. 8. Залежшсть мшмального рад1усу в1д максимально! швидкосл 1 швидкосп вантажних по!зд1в
Так, при проходженш криво! радiусом 1000 м, до переключення вантажопотоку можна реалiзу-вати максимальну швидюсть 120 км/год, при пе-редачi бшьшо! частини вантажних по!здiв на па-ралельний хщ (тобто при скороченш рiзницi в
швидкостях, при = 80 км/год) в кривiй такого радiусу можна досягти швидкостi 140 км/год. Або ж можна розглянути це з шшого боку, що до передачi вантажопотоку швидюсть 140 км/год реалiзовувались лише у кривих не менш 1400 м, тсля передачi таку ж швидюсть можна досягти i на кривих з радiусами 1000 м.
Висновки
1. Вщокремлення пасажирського i вантажного рухiв е актуальним i досить важливим пи-танням при впровадження прискореного та швидюсного руху по!здiв.
2. Зi змшою структури по!здопотоку необ-хiдно переглянути параметри плану лшп одним з яких е мшмальний радiус кривих.
3. Переключення вантажопотоюв на парале-льний хщ надае можливють прийняти менше значення мiнiмального радiусу для реалiзацi! максимально! швидкосп i, таким чином, скоротити витрати на перебудову кривих малого радiусу.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Костюк М. Д. В путевом хозяйстве все путем / Железнодорожнш транспорт. - К., 2003. - С.7-12.
2. Кранц Й. М. Скорость - дорогое удовольствие / Мапстраль, № 14(1192), 28 лютого - 6 березня 2007 р. - С. 2.
3. Технические нормативы и диагностика железнодорожного пути для скоростного и высокоскоростного движения / Протокол совещания экспертов Комиссии ОСЖД по инфраструктуре и подвижному составу. Балатонбоглар, Венгерская Республика, 07- 09 июня 2006 г.
4. Державш буд1вельш норми Украни. Споруди транспорту. Зал1знищ коли 1520 мм. ( ДВН В.2.3-0000-2006). - К.: Мшстерство буда-вництва, арх1тектури та житлово-комунального господарства Укра!ни, 2006. - 150 с.
5. Строительно-технические нормы Министерства путей сообщения Российской Федерации. Железные дороги колеи 1520 мм. СТН Ц-01-95. -М., 1995. - 86 с.
6. Высокоскоростное пассажирское движение (на железных дорогах) / Под ред. Н. В. Колодяжно-го. - М.: Транспорт, 1976. - 415 с.
7. Правила визначення пвдвищення зовшшньо! рейки 1 встановлення допустимих швидкостей в кривих / А. М. Орловський, О. М. Патласов, В. В. Циганенко, Л. Я. Воробейчик, В. I. Климов, М. Б. Курган: ЦП/0056: Затв. наказом Укр-зал1знищ в1д 27.04.99 №124-Ц. - Дншропет-ровськ: Арт-Прес, 1999. - 44 с.
8. Определение параметров плана линии при организации скоростного сообщения Западная Европа-Львов / Е. П. Блохин, Г. Н. Кирпа, И. П. Корженевич, Н. Б. Курган Н. Б. // Транспорт: Зб. наук. праць ДПТу. - Д.: Арт-Прес, 2000. - Вип. 6. - С. 21-28.
9. Определение возвышения наружных рельсов в кривых по фактическим скоростям движения поездов / А. Н. Орловский, В. В. Цыганенко, Л. Я. Воробейчик, А. М. Патласов // Залзничний транспорт Украгни. - 1999. - №4. - С. 10-12.
10. Першин С. П. Силове возддействие поездов на путь и безопасность движения // Ж.-д. транспорт. Сер. Путь и путевое хазяйство: ЭИ / ЦНИИТЭИ МПС. - М, -1997. -Вып. 4. - С. 1-41.
11. Моделирование поездопотока для расчета возвышения наружного рельса в кривых / Г. Н. Кирпа, И. П. Корженевич, Н. Б. Курган, Д. Н. Курган // МеМу oЫiczeniowe 1 badawcze w rozwoju pojazdow samochodowych 1 maszyn roboczych samojezdnych. Ма!епа1у 11 к^П". miedzynarodowej. - Rzeszow: Po1itechnika Rzeszowska т. Ignacego Lukasiewicza, 2000. -8. 165-176.
12. Сопряжения кривых и особенности движения подвижного состава по ним / Под ред. д-ра техн. наук О. П. Ершкова. - М.: Транспорт, -1973. - 96 с. - (Тр. ЦНИИ МПС; Вып. 500).
Надшшла до редколегп 31.05.2007.
