Воздействие обращающегося и перспективного подвижного состава на мосты Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Техника и технологии

изводится расчёт мгновенных действительной и мнимой мощностей в соответствии с (6). После этого производится расчёт компенсационных токов. Результат суммирования компенсационных токов СТАТКОМ и потребляемых токов на стороне 27,5 кВ показан на последней осциллограмме (рис. 2).

Заключение

1. Алгоритм управления СТАТКОМ позволяет идентифицировать наличие реактивных составляющих в потребляемом токе с более высокими быстродействием и точностью, чем существующие методы.

2. Функционировать данный алгоритм будет и при наличии искажений в питающем напряжении, которые выходят за нормативные пределы ГоСт 13109-97.

3. Данные имитационного компьютерного моделирования показали, что при работе СТАТКОМ в соответствии с разработанным алгоритмом значительно снижается реактивное электропотребление, а также что коэффициент несимметрии потребляемого тока

УДК 624.82./85 (075.8)

И. В. Рупасова

НИИ мостов

В. В. Кондратов

ООО «Мостовые сооружения и путь»

основной гармоники по обратной последовательности близок к нулю.

Библиографический список

1. Принцип построения и математическое моделирование статического компенсатора тяговой сети переменного тока / С. В. Кузьмин // Известия ПГУПС. - 2011. - № 3. - С. 70-77.

2. Instantaneous power theory and applications to power conditioning. H. Akagi, E. H. Watanabe, M. Aredes. N. Y., IEEE Press, 2007. 389 p.

3. Современные энергосберегающие электротехнологии : учеб. пособие для вузов / Ю. И. Блинов, А. С. Васильев, А. Н. Никаноров и др. -СПб. : Изд-во Санкт-Петербургского гос. электротехнического ун-та (ЛЭТИ), 2000. - 564 с.

4. Управление трёхфазным активным выпрямителем при искажениях напряжений сети / Д. Е. Кондратьев, С. Г. Обухов // Электричество. - 2007. - № 6. - С. 21-32.

5. Силовая электроника: учебник для вузов / Ю. К. Розанов, М. В. Рябчинский, А. А. Квас-нюк. - 2-е изд., стер. - М. : Издательский дом МЭИ, 2009. - 632 с.

ВОЗДЕЙСТВИЕ ОБРАЩАЮЩЕГОСЯ И ПЕРСПЕКТИВНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА НА МОСТЫ

Анализируются тенденции развития парка отечественного подвижного состава. Приведен сравнительный анализ обращающихся и перспективных поездных нагрузок с позиций их воздействия на мостовые конструкции.

железнодорожный мост, поездная нагрузка, нормативная нагрузка.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/4

112

Техника и технологии

Введение

В Российской Федерации проектирование новых железнодорожных мостов производится под нагрузку С14. Нагрузка С14 была разработана более 50 лет назад с учетом тенденций изменения параметров подвижного железнодорожного состава в первой половине XX в. и планов развития промышленности и транспорта СССР в 1960-2000 гг. Прошедшие годы показали ошибочность многих прогнозов, в том числе по выбору нормативной нагрузки для проектирования железнодорожных мостов. Проанализируем характеристики обращающегося и перспективного подвижного состава, влияющие на величину его воздействий на мостовые сооружения.

1 Из истории развития парка

отечественного подвижного состава

Локомотивный парк отечественных железных дорог в настоящее время характеризуется сравнительно небольшим количеством основных типов локомотивов, на базе которых создаются отдельные модификации. Основу парка грузовых тепловозов в нашей стране составляют двухсекционные 12-осные тепловозы типа 2ТЭ10 (Л, В, М), 2М62, 2ТЭ116, ТЭ3 с осевым давлением (Р) до 23,0 тс, а пассажирских - тепловозы ТЭП70 с Р = 21,3 тс. Создан тепловоз ТЭ136 с Р = 25,0 тс. Проектирование мощных грузовых тепловозов ведется с расчетом на осевые нагрузки величиной 24,5-26,4 тс.

Основу парка грузовых электровозов составляют локомотивы серий ВЛ 80Р и ВЛ 85 с осевым давлением 24,0 тс и электровозы ВЛ 82М и ВЛ 12 с Р = 25,0 тс. По сравнению с ВЛ 10 у электровоза ВЛ 10У нагрузка от колесной пары на рельсы увеличена до 25 тс вместо 23 тс.

В течение XX в. происходил непрерывный рост осевых нагрузок 4-осных грузовых вагонов. К середине 1950-х гг. осевая нагрузка возросла до 21,5 тс, к концу 1960-х -до 21,75 тс, к середине 1970-х - до 23,0 тс.

В 1980-е гг. осевая нагрузка достигла 23,5 тс. В настоящее время находятся в обращении специализированные 4-осные вагоны с осевой нагрузкой 25,0 тс. С 1985 г. на некоторых замкнутых маршрутах вагонные осевые нагрузки повышены до 25,75 тс. Несмотря на то что на отечественных железных дорогах обращаются и 8-осные вагоны, основу грузового парка составляют 4-осные вагоны. В 1980-е гг. в нашей стране был разработан и освоен в серийном производстве ряд новых типов грузовых вагонов повышенной грузоподъемности и увеличенной вместимости. Были созданы унифицированные конструкции 8-осных полувагонов грузоподъемностью 125 тс, цистерн грузоподъемностью 120 тс, 8-осных думпкаров грузоподъемностью 140-180 тс.

Для оценки значений осевых и погонных нагрузок от перспективного подвижного состава следует проанализировать параметры, влияющие на эти показатели. К таким параметрам относятся как осевые и погонные нагрузки от подвижного состава, так и расстояния между осями подвижного состава.

Рост осевых нагрузок грузовых вагонов и увеличение количества их осей приводит к повышению их погонной нагрузки. За последние 70 лет осевая нагрузка вагонов увеличилась с 21,0 тс до 25,0 тс, а погонная - с

7,7 тс/м до 9,42 тс/м. Осевая нагрузка локомотивов за этот период возросла с 22,0 тс до 26,0 тс, погонная - с 8,1 тс/м до 8,37 тс/м. Таким образом, можно отметить: если при значительном изменении осевой нагрузки у локомотивов их погонная нагрузка практически не изменилась, то при изменении осевой нагрузки вагонов на 11 % их погонная нагрузка увеличилась на 22 %. Минимальное расстояние между осями тележек у отечественных магистральных локомотивов составляет 1525 мм (ТЭ1), его уменьшение в будущем не предвидится.

По данным ВНИИЖТа перспективные грузовые вагоны различных модификаций планируется создавать под габарит Тпр с нагрузкой от оси до 27-30 тс и нагрузкой на погонный метр пути до 9,5 тс/м. Общие параметры разрабатываемого перспективного

2012/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Техника и технологии

113

подвижного состава и их схемы приведены в таблице.

Тяжелые и негабаритные грузы перевозятся в нашей стране в вагонах-транспортерах. В настоящее время на наших дорогах обращаются транспортеры грузоподъемностью 400, 480, 500 т с нагрузкой от оси на рельсы соответственно 21,4; 21,6; 22,0 тс и погонными нагрузками 11,3; 11,0; 12,0 тс/м. Их осевые нагрузки не превышают осевых нагрузок от обращающихся вагонов, погонная же нагрузка таких транспортеров превышает погонную нагрузку обращающихся 8-осных вагонов (рис. 1).

Характерной особенностью отечественных транспортеров являются меньшие, чем у зарубежных аналогов, расстояния между осями тележек. Если у зарубежных транспортеров это расстояние не менее 1,5 м, то у наших транспортеров минимальное расстояние между осями составляет 1,1 м, что приводит к увеличению погонной нагрузки транспортера и, естественно, к увеличению воздействия его на искусственные сооружения.

Дальнейший рост нагрузок ограничивается прочностью верхнего строения железнодорожного пути и земляного полотна. Последние 15 лет на Эстонской железной дороге эксплуатируются американские 6-осные локомотивы GE типа C36i и C30-7Ai с осевой нагрузкой 32 тс на ось и погонной нагрузкой 9,68 тс/м. Опыт эксплуатации верхнего строения пути под воздействием такой нагрузки свидетельствует о более быстром накоплении повреждений в элементах путевой структуры. Повышение грузоподъемности транспортеров в этих условиях может осуществляться только за счет увеличения количества осей и длины с учетом вписывания в кривые. В нашей стране локомотивы и вагоны в период с 2012 по 2015 г. планируется выпускать с осевой нагрузкой 27-30 тс без увеличения их погонной нагрузки. У вагонов общесетевого обращения осевая нагрузка будет достигать 25 тс без увеличения воздействия на путь, а специализированные вагоны для маршрутных поездов будут иметь осевую нагрузку 27-30 тс/ось, при

этом погонная нагрузка не будет превышать 8,5-9,5 тс/м.

Анализ изменения парка подвижного состава железных дорог во второй половине XX в. показывает, что внедрение новых видов тяги и большегрузных 8-осных вагонов и транспортеров привело не только к количественному, но и к качественному изменению воздействия поездной нагрузки на мосты. Во-первых, из-за отсутствия вращающихся неуравновешенных масс у электровозов и тепловозов значительно уменьшилось их динамическое воздействие на путь и сооружения. Динамическое воздействие на мосты современных локомотивов и вагонов практически одинаково. Во-вторых, уменьшилась величина погонной нагрузки от электровозов и тепловозов по сравнению с паровозами. В-третьих, увеличилось количество осей и возросли осевые нагрузки современных вагонов, которые приблизились к величинам осевых нагрузок локомотивов. В-четвертых, для мостов определяющей стала нагрузка от вагонов, величина которой стала выше, чем у локомотивов. Такая ситуация сложилась к настоящему времени и сохранится, по результатам прогноза, в обозримом будущем, если не произойдет кардинальных изменений в конструкциях подвижного состава. На основе анализа динамики развития погонных нагрузок вагонов и локомотивов и результатов прогноза этих величин можно сделать вывод о том, что в ближайшие 20 лет максимальная погонная нагрузка от грузовых вагонов не превысит

9,5 тс/м. Погонная нагрузка от отдельных наиболее тяжелых транспортеров не превысит 12,0 тс/м.

2 Сравнительный анализ воздействия

подвижного состава на мосты

Выполнен сравнительный анализ наиболее тяжелых обращающихся, перспективных вагонных нагрузок и нормативной нагрузки С14 [1]. Все нагрузки проклассифицированы в соответствии с руководством [2]. Суть классификации заключается в том, что

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/4

2012/4 Proceedings of Petersburg Transport University

ТАБЛИЦА. Основные параметры перспективных грузовых вагонов

№

п/п

Тип

вагона

Количество осей

Габарит

Высота,

мм

Нагрузка

осевая,

тс

погонная,

тс/м

Длина по осям автосцепок, м

Схема

Грузовой

25 25

4350

25,0

9,52

10,5

1П 00 о о 1П 00 4630 ( \ О 1П 00 in 00 о

. 4 10500 7^

25 25 тс

м

Полувагон

30 30

30 30 тс

4350

30,0

8,0

15,0

'1515 о in 00 8150 f \ О in 00 in t-- 1П r4

.4 15000 —^

Цистерна

25 25 25 25

5300

25,0

9,44

21,2

in 00 о in 00 t > о in 00 8730 t ^ о in 00 t \ о in 00 .'ll 85

, 21200 fC 7

25 25 25 25 тс

м

Универ-

сальный

полувагон

22 22 22 22

4500

22,0

9,5

18,53

in r- <N о in 00 о in m r\ о in 00 f^\ 5880 f ' о in 00 о in m о in 00 in r- <N r4

.4 18530 7

22 22 22 22 тс

м

Техника и технологии

Техника и технологии

115

1865 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2010 2020 2030

Годы

Рис. 1. Характер изменения погонных нагрузок подвижного состава Российской Федерации

для определения возможности пропуска подвижного состава по пролетным строениям мостов производится сравнение класса элемента пролетного строения моста с классом нагрузки. Класс элемента пролетного строения моста (K), в соответствии с руководством, определяется по формуле:

К = k ,

кн (! + ^)

где к - допустимая временная нагрузка; кн -эталонная нагрузка по схеме Н1; (1 + р) = 27

= 1 + зр—х - динамический коэффициент

для эталонной нагрузки по схеме Н1.

Значения к и кн определяются для одной и той же линии влияния (по ее длине и положению вершины).

Класс нагрузки:

К

о _

ко (1 + ц0)

кн (1 + р) ’

где к0 - эквивалентная нагрузка от классифицируемого подвижного состава; (1 + р0) =

= 1 +—21---динамический коэффициент

30 + Х

для классифицируемого подвижного состава; кн - эталонная нагрузка по схеме Н1.

Определение возможности пропуска нагрузки по мосту производится сравнением класса нагрузки К0 с минимальным классом элемента моста K. В случае, если класс элемента моста K больше класса нагрузки K0, скорость движения нагрузки по этому мосту не ограничивается. Если класс нагрузки

без динамического коэффициента —К—

(1 + Ми )

больше класса элемента K, пропуск этой нагрузки по мосту невозможен, в противном случае производится определение возможной скорости движения нагрузки по мосту

[1].

Классы перспективных вагонов и классы нормативных нагрузок С14 и UIC-71, используемой в качестве нормативной Международным союзом железных дорог, приведены на рис. 2. Анализ результатов классификации нагрузок показывает, что воздействие на мосты от нормативной нагрузки С14 значительно выше, чем от современных наиболее тяжелых эксплуатируемых нагрузок и перспективных, спроектированных под габарит Тпр. Воздействие на мосты нормативной нагрузки С14 также значительно

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/4

116

Техника и технологии

---C14

UIC

Рис. 2. Классы перспективных вагонов и нормативных нагрузок С14 и UIC

выше воздействия нагрузки UIC-71 (на 50-70 %).

Заключение

Приведенная информация свидетельствует о возможности использования меньших по величине нормативных нагрузок для проектирования мостов на магистралях, не предназначенных для пропуска тяжелых транспортеров.

Рост осевых и погонных нагрузок подвижного состава отечественных железных

дорог должен сопровождаться повышением прочностных характеристик верхнего строения пути и земляного полотна.

Библиографический список

1. Руководство по пропуску подвижного состава по железнодорожным мостам / МПС. -М. : Транспорт, 1993. - 368 с.

2. Руководство по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов / МПС. - М. : Транспорт, 1987. - 272 с.

2012/4

Proceedings of Petersburg Transport University