CC BY
34
УДК 625.115 : 656.225(477)
М. Б. КУРГАН, М. А. ГУСАК, Н. П. ХМЕЛЕВСЬКА (ДПТ)
ПЕРЕБУДОВА КРИВИХ ДЛЯ ВПРОВАДЖЕННЯ ШВИДК1СНОГО РУХУ ПАСАЖИРСЬКИХ ПО1ЗД1В
Приведена методика визначення рацюнальних парамет^в радiусiв i перехвдних кривих, яш забезпечують максимально допустиму швидшсть при мiнiмальних витратах на реконструкцш плану
Ключовi слова: максимальна швидшсть, радус криво!, параметр перехвдно! криво!, змщення вiсi колii
1. Постановка задачi
Одним з основних напрям1в реал1заци Стратеги розвитку затзничного транспорту на перь од до 2020 року е поетапне впровадження шви-дюсного руху пасажирських по!зд1в [1]. Щодо плашв на 2012 р1к, то серед прюритет1в зали-шаеться тдготовка зал1зниць до оргашзаци пасажирських перевезень, пов'язаних ¡з проектом
«еВРО-2012».
Допустимий р1вень швидкост визначають, як правило, параметри кривих в плаш. Напри-клад, на напрямку Ки!в-Льв1в максимальну швидюсть 160 км/год обмежують 187 кривих. Постае питання щодо можливост й доцшьносп перебудови певно! кшькосп кривих. Рекомен-даци ДБН В.2.3-19-2008 з цього приводу таю «Величину рад1ус1в кривих в плаш встановлю-ють у кожному конкретному випадку в залеж-ност вщ швидкост руху по!зд1в { значень рад> ус1в кривих юнуючо! коли». Щоб отримати бшьш конкретш ршення, були проведеш дода-тков1 дослщження.
Ще в 70-х роках минулого стол1ття проф. А. I. 1оаннюян в робот «Улучшение трассы существующих железных дорог» [2] поставив питання: що краще, прийняти бшьший радiус, але меншу перехiдну криву, чи менший радiус i бшьшу довжину перехiдноi кривог за умови за-безпечення максимально встановленог швидко-стi?
Вщомо, що збшьшення рад1усу призводить до змщення ос коли. У меншш м1р1 спостер> гаеться змщення ос при подовженш перехщ-них кривих. Виникла потреба дослщити, яким чином все це вщбиваеться на обсягах робгг, ва-ртост перебудови кривих та на динам1чних по-казниках взаемоди рухомого складу й коли.
2. Методика дослщження
Зсув А при збшьшенш рад1уса з Я
дор1внюе р1знищ б1сектрис А к = Бпр - Бь
ниц1 зсув1в в1д А1 = рпр - Асн тобто
перех1дних кривих
А = ( Бпр + рПр )-(Бс
о,
або
А =
Яп
К.
а
8ее--1
2
а
8ее--1
2
24 Дпр
/2н
24
Пюля перетворень отримаемо
А = АЯ
а
8ее--1
2
Кн (/1Р - /2сн)- 4 АЯ 24 Ясн (Ясн +АЯ)
(1)
до Япр
юн 1 р1з-
З'ясуемо, яка частка зсуву формуеться за рахунок змши рад1усу I яка - за рахунок по-довження перехщних кривих. Вщомо, що пере-хщна крива представляе собою радющальну
С п
сп1раль, р1вняння яко! р = — . В цьому р1внян-
$
ш С представляе собою постшну величину, що названа параметром перехщно! криво!. При р = Я, $ = Ь параметр перехщно! криво!
С = Я ■ Ь.
Для кривих з кутом повороту 20, 40 { 60° були визначеш змщення ос коли за формулою (1) 1 побудоваш графши А = / (С) (рис. 1).
З рис. 1 видно, що величина змщення ос А тим менша (що мае велике значення при перебудов1 криво!), чим менший кут повороту { бшьший параметр перехщно! криво! С . Частка впливу довжини перехщно! криво! на величину зсуву залежить також вщ кута повороту а ! параметра С (рис. 2), тобто зсув ос вщ подовження перехщних кривих А/ тим бшьший, чим менший кут повороту { чим бшьший параметр С .
© Курган М. Б., Гусак М. А., Хмелевська Н. П., 2012
о
я ,
ч
и &
<и
с
Ей
с
Ей «
а
Н
и «
0
130000
ч
о
а
'и о
Ей
^
и
м «
X
■13
Ей
X а
60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0
150000 170000 190000 210000 230000 250000 270000
Параметр С=Я*Ь, м
—0— Кут 20 град. —О— Кут 40 град. —±—Кут 60 град.
—□— Кут 30 град. —X — Кут 50 град.
Рис. 1. Залежшсть змщення ос коли ввд параметра С i кута а
268800 256100 239400 222000 204800 188700 171000 153900 138000
Параметр С=Я*Ь, м
2
Рис. 2. Вплив перехвдно! криво! у формуванш
Якщо параметр криво! С встановлюсться за умови забезпечення максимально допустимо! швидкосп Утах , то мае мюце таке стввщношення:
С^Т > С™ > ... С™ , (де Я < Я2 <... Яп ),
тобто параметр С мае бшьш1 значення при менших проектних рад1усах але довгих перехь дних кривих { зростае при збшьшенш кута повороту криво!. У цьому випадку, при кутах повороту 20, 30 1 40° частка перехщно! криво! у формуванш загального зсуву ос коли при пе-ребудов1 кривих становить вщ 51,6 до 22,6 { 12,4 % вщповщно (рад1ус 1200 м, перехщна крива 220 м), або 23,6; 10,3 1 5,7 (рад1ус 1300 м, перехщна крива 200 м).
загального зсуву оа коли (кут повороту 20°)
Поставимо питання, який параметр С мож-на вважати найбшьш ращональним для забезпечення максимально встановлено! швидкосп на юнуючих д1лянках зал1знищ. Вщповщно з графшами (рис. 3) Утах = 160 км/год можна за-безпечити при Япр = 1200 м тшьки якщо С = = 240000 м2, при Япр = 1600 м, якщо С знахо-
диться в д1апазош 192000...320000 м2. Частка впливу перехщно! криво! у формуванш загального зсуву ос коли в наведених прикладах не-значна 1 визначаеться в основному величиною, що залежить вщ ёЯ = Япр - Я1сн .
д
а н <и
г «
а
«
е
600000 500000 400000 300000 200000 100000 0
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
Рaдiус, м
Ь=40 80 120 —X—160 200
Рис. 3. Допустимi значения параметра С при V = 160 км/год
З використанням програми RWPlan { методики, що передбачае урахування вщповщних робгг з перебудови криво!, була розрахована за формулою (2) вартють по кожному вар1анту (рис. 4)
I=4 I=7 I=10
к = Е а/ +х а/ + Х
1=1 1=5 1=8
(2)
де а1,... а4 - витрати на зм1щення ос1 юнуючо!
коли вщповщно до 60 мм, 61... 120 мм, 121...120 мм { бшьше 250 мм;
!1,... /4 - довжина дшянок з вщповщним д1-апазоном зсув1в;
а5,... а7 - витрати вщповщно на перекла-
дання верхньо! будови коли, перенесення контактно! мереж1, пристро!в СЦБ;
/5,... 17 - довжина дшянок перекладання
коли, перенесення контактно! мереж^ кабел1в СЦБ;
а8,... а10 - вартють 1 м3 баласту, грунту для
розширення юнуючого земляного полотна та грунту для вщсипання земляного полотна на новш трас1;
О8, .. Ош - об'ем баласту й грунту для розширення юнуючого земляного полотна чи для вщсипання нового земляного полотна.
<3
¡А
8 а о
ч ^
ю
V
а
ш
а
£
и •р
а
«
со
2400 2000 1600 1200 800 400 0
140000 160000 180000 200000 220000 240000 260000 280000
2
Параметр С=Я*Ь, м
Рис. 4. Вартють перебудови криво!' в залежносп ввд параметра С (кут повороту 30°)
К = -0,011 С + 3587 Я2 = 0,9666
га
З результат розрахунюв виконаних при pi-зних значеннях кута повороту випливае, що в кривих з кутом 30 град. вартють перебудови кривих збiльшуеться у 2.3...3.3 рази у поpiв-няннi з кутом повороту 20 град. В кривих з кутом повороту 40 град вартють збшьшуеться вь дповщно у 4...5,9 рази. Тому, рекомендацп ДБН В.2.3-19-2008 щодо урахування значень pадiу-сiв кривих юнуючо! коли хоча i е не конкрет-ними, але пpавомipними.
Отже, за умови мшмально! ваpтостi перебудови кривих бажано, щоб C ^ max при R ^ min, L ^ max . Розглянемо це питання с позици динамiки взаемоди екша-ж1в в кривих з piзними параметрами С.
За базову прийнята модель просторових ко-
ливань швидкюного пасажирського вагона [3], що була адаптована для вирiшення конкретних задач в дисертацп. Були встановлеш залежностi бокових УБ , рамних сил , коефiцieнта горизонтально! динамши к^ та шших показникiв вiд параметру С .
Для прикладу на рис. 5 i 6 наведет залеж-носп 711 i kGD вiд параметру С .
Коефщент горизонтально! динамши визна-чаеться як вiдношення максимально! рамно! сили до статичного навантаження Рст кол> сних пар на рейки
kGD = РТ^ 0,4.
ст
(3)
45
40
«
§ 35
8 «
S 30
25
20 50000
♦
< ► ♦ ♦
4 < ►
y = 1647.7 x 03439 R2 = 0.4855 -
♦ ♦ < ► > ♦
♦
< ► ♦
100000 150000
Параметр C=R*L, м2
200000
250000
ф 2-га Bicb П Bi30K-Степенной (2-га Bicb II Bi3 ок)
Рис. 5. Змша величини рамно! сили в1д параметру C
s
а
(Я
я
S
4
м
5
а
о
и
6
о
0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05
0,00 50000
y = 290.93 x-06345
L Д \ / 's R 2 = 9.747
Д д
А L \
/л
100000 150000
200000
250000
Параметр C=R*L, м
Д 1-ша Bicb I Bi30K Степенной (1-ша Bicb I Bi30K)
Рис. 6. Змша коефщенту горизонтально! динашки ввд параметру C .
З рис. 6 видно, що при збшьшенш параметра С з 50000 до 250000 м2 коефщент каи змен-шуеться вiд 0,28 до 0,12, тобто умова безпеки вщ поперечного зсуву рейко-шпально! решiтки (3) виконуеться i тим надiйнiше, чим бшьший параметр С .
Аналiз таких графiкiв дозволяе зробити ви-сновок на користь прийняття бiльшого параметру С , так як проглядаеться тенденщя до зме-ншення як бокових, так i рамних сил при його зростанш.
3. Реалiзацiя запропонованоУ методики
Для прикладу застосування запропоновано! методики розглядаеться перегiн Мaксимiвкa-Бiрки Великi Львiвсько! залiзницi. За результатами тягових розрахункiв (електровоз ДС3, ма-са рухомого складу 600 т) побудована крива швидкост руху V = / (Я), рис. 7. З аналiзу
криво! V = / (Я) видно, що максимальна шви-
дюсть 160 км/год не реалiзуеться за двома причинами: по-перше, за наявшстю на 1312 км криво! радiусом Яссн = 1050 м iз перехщними
Ь = Ь2 = 90 м; по-друге, за наявшстю дшянки 1312 км -1314 км в парному напрямку шдйому близько 6%о.
Безумовно, найбшьш вагомим фактором е перший. 1нститутом «Кшвдiпротрaнс» в роботi [4] запропоновано збшьшити радiус до Япр =
= 1500 м з перехщними Ьх = Ь2 = 220 м при максимальному змщенш ос коли близько 6 мет-рiв.
Виникае питання, чи можна вважати таке ршення оптимальним. Щоб на нього вщповю-ти, ДИТом були виконаш розрахунки для таких умов (1-4):
Максимальна швидюсть на перегонi 160 км/год.
Непогашене прискорення для пасажирських по-№ [«нп ]пас =0,7 i 1,0 м/с2 .
Непогашене прискорення для вантажних по^здв [анп ] = -0,3 м/с2 .
I нп ^ан
Змщення осi юнуючо! коли у межах смуги вщводу Я < 15 м.
Результати розрахунюв нaведенi в табл. 1.
Таблиця 1
Мшмальна швид- Проектний рад1ус Довжина перехщно! Параметр переыдно! Змщення оа
кгсть вантажного Япр , м криво! криво! коли
по!зда Vmm, км/год Ь, м С = Я • Ь, м2 Я, м
Непогашене прискорення: для пасажирських по!'зд1в I анп I = 0,7 м/с2, для вантажних I анп I = -0,3 м/с2
1 I. нп JПaс I нп ^ан
45 1820 80 145600 7,6
60 1700 100 170000 6,4
75 1550 120 186000 4,9
90 1350 160 216000 3,2
Непогашене прискорення: для пасажирських по!'зд1в I анп I = 1,0 м/с2, для вантажних I анп I = -0,3 м/с2
1 I. нп Jпaс I нп Jвaн
45 1400 90 126000 3,2
60 1310 110 144100 2,3
75 1200 140 168000 1,3
90 1100 180 198000 0,7
З Правил [5] вщомо, що на вибiр проектних пaрaметрiв криво! впливають не тiльки максимальна швидюсть пасажирських по!здiв, але й мшмальна швидкiсть вантажних. Вiдповiдно до ПТР [6] вантажний по!зд з електровозом
ВЛ80 може рухатись при повному (нормальному) збудженш тягових двигушв на 29 i 25 по-зицiях. У першому випадку швидюсть в кiнцi пiдйому становить 60 км/год, у другому - 45 км/год (рис. 8). При таких швидкостях вантаж-
ного по!зда, мшмальний радiус криво! може трiв. При цьому змiщення ос юнуючо! коли знаходитись в дiапазонi 1700-1820 м при дов- складе 6,4...7,6 метрiв. жинi перехiдних кривих вщповщно 100 i 80 ме-
14С 12С 10С 80 60 4С 2С С
1310.0 1312.0 1314.0 1316.0
Максимивка
№4
1318.0 1320.0 1322.0 1324.0 1326.
Р 2000
№5 Бiрки Велик!
Рис. 7. Крива швидкосп руху пасажирського по!'зда (електровоз ДС3, маса 600 т) на перегош Максим1вка-Б1рки Велик! (парний напрямок)
р 2000
200
Максимiвка
№4
№5 Бiрки Велик!
Рис. 8. Крива швидкосп руху вантажного по!'зда (електровоз ВЛ80, маса 2800 т, 25 поз.) на перегош Максим1вка-Б1рки Велик! (парний напрямок)
Для зменшення обсяпв робiт, отже й варто-стi реконструкций можна запропонувати збiль-шити норматив непогашеного прискорення для пасажирських по].здв до 1,0 м/с2 (з дозволу Ук-рзатзнищ). В такому випадку мiнiмальний ра-дiус криво! буде 1310. 1400 м при довжиш пе-рехщних кривих вiдповiдно 110.90 м.
При виконанш умов (1—4) кожному конкретному радiусу вщповщае певна довжина пере-
хiдно! криво!. Були побудоваш й проанатзова-ш графiки залежностi змiщення осi коли S вщ параметра С (рис. 9, 10).
З рисунюв випливае, що при збiльшеннi параметру С зменшуеться змiщення осi юнуючо! ко-лi!, а отже i витрати на перебудову кривих, що тд-тверджено розрахунками (табл. 2, рис. 11).
160
200
70
40
20
0
131
9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0
к я
* 3,0
а
2,0
г
1,0 0,0 140000
£ = -6Е-05 С + 17,0 Я2 = 0.9882 -
160000
180000
200000
Параметр криво! С=Я*Ь, м
220000
Рис. 9. Змщення оа коли при перебудов1 криво!' на перегош Максим1вка-Б1рки Велика, км 1320 (швидшсть 160 км/год, [а„ 1 = 0,7 м/с2 , [а„ 1 = -0,3 м/с2)
I нп _]дас Ь нп ^ан
ч
о
а *3
о
к я я
е Э
3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 м 0,5 0,0
120000 140000 160000 180000 200000
Параметр криво'! С=Я*Ь, м2
Рис. 10. Змщення оа коли при перебудов1 криво! на перегон! Максим1вна - Б1рки Велика, 1320 км (швидк1сть 160 км/год, [а„„ 1 =1,0 м/с2 , Га„„ 1 = -0,3 м/с2)
I нп .]пас I- нп Jван
Таблиця 2
Витрати на перебудову кривих при рпних проектних параметрах
-
£ = -3Е-05 С + 7,4 Я2 = 0.9697
Я ,м Ь, м С , м2 Витрати, тис. у. о. Витрати , %
1350 160 216000 160,261 100,0
1550 120 186000 220,274 137,4
1700 100 170000 275,736 172,1
1820 80 145600 324,41 202,4
Параметр C=R*L, м2
Рис. 11. Залежнють витрат на пе Висновки
1. При розмежуванш вантажного й паса-жирського руху й спещал!зацп напрямюв для перевезень змшюються швидкост руху, параметри по1здопотоку, що викли-кае необхщнють в корегуванш параметр1в кривих при реконструкци плану лшп.
2. Застосування розроблено! в ДПТ методики дозволяе визначати таю параметри кривих C = R ■ L, що забезпечують максимально допустиму швидкють при мш> мальних витратах на перебудову кривих i рацюнальних динамiчних показниках вза-емоди рухомого складу i коли в таких кривих.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Транспортна стратег1я Укра!ни на перюд до 2020 року [Текст]. - К., 2010. - 16 с.
эудову кривих ввд параметру С
2. Иоаннисян, А. И. Улучшение трассы существующих железных дорог. [Текст]/ А. И. Иоаннисян. - М.: Транспорт, 1972.
3. Данович, В. Д. Математическая модель взаимодействия пути и пассажирского вагона при движении по участкам произвольной кривизны [Текст] / В. Д. Данович, А. Г. Рейдемейстер, Н. В. Халипова // Транспорт: Сб. научн. тр. ДИИТа. - Вып. 8 - Д., 2001. - С. 124-138.
4. Перевлаштування колшно! шфраструктури та залiзничних мереж для впровадження швидшс-ного руху пасажирських по!здв на напрямку Киlв-Львiв, дiльниця Пiдволочиськ-Львiв [Текст]. - К.: Кшвдшротранс, 2007.
5. Правила визначення пщвищення зовшшньо! рейки i встановлення допустимих швидкостей в кривих дшянках коли [Текст] / ЦП 0236: Затв.: Наказ Укрзалiзницi вщ 14.12.2010 №778-Ц. -К., 2011. - 56 с.
6. Правила тяговых расчетов для поездной работы [Текст]. - М.: Транспорт, 1985. - 287 с.
Надшшла до редколегп 22.11.2011.
Прийнята до друку 25.11.2011.
Н. Б. КУРГАН, М. А. ГУСАК, Н. П. ХМЕЛЕВСКАЯ
ПЕРЕУСТРОЙСТВО КРИВЫХ ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ СКОРОСТНОГО ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ
Приведена методика установления рациональных параметров радиусов и переходных кривых, которые обеспечивают максимально допустимую скорость при минимальных затратах на реконструкцию плана.
Ключевые слова: максимальная скорость, радиус кривой, параметр переходной кривой, смещение оси пути
N. B. KURGAN, M. A. GUSAK, N. P. KHMELEVS'KA
RECONSTRUCTION OF CURVES FOR INTRODUCTION OF HIGHSPEED TRAFFIC OF PASSENGER TRAINS
The technique of determining the rational parameters of radii and transitive curves, which provide as much as possible admissible speed at the minimum expenses for plan reconstruction, is presented.
Keywords: maximum speed, curve radius, parameter of transitive curve, displacement of track axis
