Параметры пути в кривых при смешанном движении поездов

Одним из направлений повышения конкурентоспособности железных дорог на рынке транспортных услуг является сокращение времени перевозки и обеспечение регулярности доставки пассажиров и грузов. Это может быть достигнуто в числе других факторов повышением скоростей движения поездов. Но вследствие различий в тягово-динамических характеристиках грузового и пассажирского подвижных составов, а также соответствующих показателей воздействия на путь при решении задачи повышения скоростей движения пассажирских поездов Упас необходимо учитывать также особенности движения грузовых поездов. Поэтому для организации скоростного движения пассажирских поездов в зарубежной практике все чаще сооружают специализированные железные дороги, а на линиях со смешанным движением сокращают долю грузовых поездов, следующих с Ухт<�Упас, причем У^ повышают, совершенствуя конструкции подвижного состава. Однако повышение скоростей грузовых поездов требует снижения их веса или усилия тяги, что не всегда экономически оправдано.

В нашей стране в обозримой перспективе появление специализированных высокоскоростных пассажирских линий в сколько-нибудь значительных масштабах нереально, а на линиях со смешанным движением рост Угр маловероятен, за исключением отдельных видов поездов, таких как контейнерные, рефрижераторные и т. п., поскольку отечественный парк грузовых локомотивов рассчитан на вождение тяжелых поездов с невысокими скоростями (Урасч, т±а «45.55км/ч). Повышение же Упас потребует соответствующего переустройства плана и частично профиля пути. Кроме того, результатом роста.

Упас является увеличение разности У^с-Угр, особенно на основных направлениях сети, где предусмотрен пропуск ускоренных, в том числе и скоростных пассажирских поездов [4]. Появившиеся в результате падения объемов грузовых перевозок резервы пропускной способности практически по всему комплексу устройств железной дороги уменьшают влияние разности скоростей грузовых и пассажирских поездов на пропускную способность участка пути, поэтому основные ограничения на величину разности Упас-Угр оказываются связанными с параметрами устройства пути [34].

При организации разноскоростного движения обычно ориентируются на использование традиционной конструкции пути, обеспечивая соответствие параметров плана и профиля трассы максимальной скорости движения пассажирских поездов при заданном уровне комфорта пассажиров. Одновременно стремятся минимизировать затраты на текущее содержание пути, которые в основном определяются скоростями, массами поездов, грузопотоком и т. п. [35].

Практически за сложностями организации движения на одних и тех же участках пассажирского и грузового движения поездов с различными графиковыми скоростями стоят резко различающиеся, зачастую противоположные требования к параметрам устройства и содержания пути, связанные с пропуском пассажирских поездов с У>100 км/ч по тем же участкам, где обращаются грузовые поезда со сравнительно невысокими (4 0.50км/ч) скоростями [4]. Поскольку движение грузовых и пассажирских поездов с различающимися скоростями на железных дорогах РФ распространено практически повсеместно, данная проблема имеет общесетевое значение.

Другая проблема, актуальная для современных железных дорог, — интенсивный износ и расстройства пути на линиях со смешанным движением поездов при высоких скоростях пассажирского движения[8,39,40,41] .

В связи с этим актуальное значение приобретает рациональный выбор параметров устройства пути. Естественно, в первую очередь это касается наиболее сложных в эксплуатации участков пути, к которым относятся участки с многочисленными кривыми, особенно при большом различии в скоростях движения поездов.

Несмотря на длительную историю исследований и опыт эксплуатации железных дорог, в современных условиях вновь обострилось внимание к параметрам устройства рельсовой колеи в кривых. Если в период 1930.4 0-Х гг. при сравнительно невысоких скоростях движения и слабом верхнем строении основным требованием к параметрам устройства пути было обеспечение его прочности и устойчивости, то в настоящее время на первый план выступают вопросы минимизации расстройств и износов. Как отмечено выше, особенностью современных условий эксплуатации железных дорог России является предъявление к пути различных, зачастую противоположных требований: с одной стороны, необходимо обеспечить пропуск пассажирских поездов со скоростями 100 км/ч и выше, с другой — приходится учитывать, что по этим же участкам пропускаются грузовые поезда со сравнительно невысокими (40.50км/ч) скоростями.

Как показывают исследования и практический опыт[2], при смешанном движении возникают трудности установления скоростей движения поездов, подбора параметров устройства пути, чтобы уменьшить текущие эксплуатационные затраты.

Выбор параметров устройства пути является технико-экономической задачей, для решения которой необходим унифицированный подход, позволяющий в широких пределах учитывать. местные условия. Особую остроту приобретает эта проблема на участках с ограничениями скоростей, где у^ наименьшие. На таких участках при сложном плане линии (обычно крутые кривые малых радиусов) пропуск грузового подвижного состава со специфическими динамическими характеристиками (большая база, высокий центр тяжести) представляет определенные трудности в отношении как безопасности движения, так и экономичности эксплуатации подвижного состава и пути. Особенно это проявляется при переустройстве участка для ускоренного движения пассажирских поездов, когда параметры устройства пути (радиусы круговых кривых, параметры переходных кривых, возвышение наружного рельса и т. п.), будучи определены для обеспечения высоких скоростей Упас движения пассажирских поездов, перестают соответствовать условиям движения грузовых поездов, проследующих с меньшими скоростями.

Указанные обстоятельства определили область исследований: параметры устройства пути в кривых при разноско-ростном движении грузовых поездов с графиковой скоростью и ускоренных пассажирских поездов со скоростью движения до 160 км/ч.

Целью исследования является разработка методики выбо ра возвышения наружного рельса в кривой, обеспечивающего высокоскоростное движение пассажирских поездов при движении грузовых поездов с графиковой скоростью.

В настоящей работе выбор возвышения наружного рельса проводится из условий движения в первую очередь цистерн (8-осной и 4-осной). Выбор этого типа грузового подвижного состава объясняется массовостью перевозимых грузов и более высоким расположением центра тяжести. Кроме того, использование в качестве исходной модели 8-осной цистерны, объясняется еще тем, что первоначальным толчком к выполнению данной работы послужили сходы 8-осных цистерн в восточном регионе сети.

Методика проведения исследований предусматривала экспериментальное и теоретическое определение показателей взаимодействия подвижного состава и пути в условиях поез-допотока, неоднородного по скоростям движения (с детальным исследованием отдельных процессов на скоростном полигоне ВНИИЖТа), и математическое моделирование процесса движения массовых и наиболее неблагоприятных типов железнодорожного экипажа в кривых с целью определения границ варьирования параметров.

Для решения поставленных задач:

•проведен анализ условий и особенностей работы верхнего строения пути на участках разноскоростного движения поездов в различных регионах сети;

•определены динамические параметры грузовых вагонов при движении с малыми скоростями в кривых с избыточным возвышением наружного рельса;

•установлена рациональная величина возвышения наружного рельса и крутизна его отвода на участках разноскоростного движения поездов.

Научная новизна. В результате проведенных исследований выявлены основные факторы, влияющие на выбор параметров устройства возвышения наружного рельса в пути на участках разноскоростного поездопотока. Численно установлено влияние возвышения, крутизны его отвода и скоростей на показатели взаимодействия грузовых вагонов и пути при движении в крутых кривых со скоростями ниже проектных. Установлены причины сходов грузовых вагонов в кривых при малых скоростях движения. Определен рациональный в отношении работы пути и подвижного состава диапазон изменения непогашенных ускорений анп.

Практическая ценность и реализация исследований. Разработаны предложения, вошедшие в утвержденную МПС РФ Методику определения возвышения наружного рельса в кривых участках пути (Указание МПС №С-ЗЗЗу от 17.03.97 г.), в инструкцию по расшифровке путеизмерительных лент и оценке состояния рельсовой колеи по показаниям путеизмерительного вагона ЦНИИ-2 и по мерам по обеспечению безопасности движения поездов (ЦП-515 от 14.10.97 г.).

Апробация работы. Методика и результаты исследований докладывались на научно-технических совещаниях отделения Комплексных испытаний ВНИИЖТ в 1995 и 199бгг.-научно-техническом совещании ЦВ МПС в 1995 г.- на IX Международной конференции «Проблемы механики железнодорожного транспорта: Динамика, надежность и безопасность подвижного состава.» в ДИИТе в 1996 г. и на первой и второй межвузовских научно-методической конференциях РГОТУПС в 1997 г.

Публикации. По результатам исследований, выполненных в диссертации и отраженных в 3 научно-исследовательских отчетах ВНИИЖТа, опубликованы 5 статей.

Основные выводы.

1. Повышение максимальных скоростей пассажирских поездов требует увеличения возвышения наружного рельса в кривых, что при сохранении невысокого уровня скоростей грузовых поездов приводит к движению последних с нерационально большими отрицательными непогашенными ускорениями.

2. Величина возвышения наружного рельса при смешанном движении должна определяться не только по условиям безопасности, но и из технико-экономических соображений по критерию минимального расстройства и износа пути.

3. Анализ практики установления возвышения наружного рельса в кривых участках пути, проведенный по данным, собранным в различных регионах сети, показал, что во многих случаях имеет место избыток возвышения. Это связано с необходимостью установления возвышения по максимальным, зачастую нереализуемым скоростям движения отдельных пассажирских поездов.

4. Экспериментальные исследования с различными типами подвижного состава, проведенные на перевальных участках Забайкальской и Северо-Кавказской ж.д., а также на скоростном полигоне ВНИИЖТа Белореченская-Майкоп, результаты теоретических расчетов и эксплуатационных наблюдений показали, что рациональный уровень силового воздействия на путь грузового подвижного состава обеспечивается при его движении по кривым с непогашенным ускорением в границах ±0,3 м/с2.

5. Исходя из полученных результатов, признано целесообразным на линиях смешанного движения увязать между собой скорости потока грузовых поездов и максимальные скорости пассажирских поездов таким образом, чтобы при возвышении, определенном по этой максимальной скорости, грузовые поезда проходили кривые с непогашенными ускорениями не ниже -0,3 м/с2.

6. Минимум интенсивности износа рельсов приходится на диапазон непогашенных ускорений 0.(+0,1) м/с2, а за пределами интервала ±0,3 м/с2 интенсивность износа резко возрастает.

7. За счет изменения соотношения скоростей движения грузовых и пассажирских поездов и приведения их в соответствие с возвышением наружного рельса интенсивность бокового износа рельсов может снижаться до 0,20 мм/млн.т.бр. и ниже, т. е. на 50% и более. Для Забайкальской ж.д. экономия от уменьшения годовой потребности рельсов составит в этом случае 37 838 тыс. руб.

8. Экспериментальные исследования и моделирование процессов’прохождения подвижным составом переходных кривых с различной крутизной отвода возвышения, в том числе при ломаном очертании отвода показало, что крутизну отвода возвышения следует принимать в пределах до 3%о, в зависимости от максимально установленной скорости движения. Во всех случаях не допускается наличие на отводах участков длиной 20 м и более с крутизной 3,5.4%о.

9. Для улучшения взаимодействия пути и 8-осной цистерны в кривых рекомендуется модернизация 8-осной цистерны путем постановки беззазорных скользунов.

10. Разработанные рекомендации использованы при составлении нормативных документов МПС по порядку определения возвышения наружного рельса в кривых и оценке крутизны отводов возвышения при расшифровке лент вагонов-путеизмерителей.