автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Параметры пути в кривых при смешанном движении поездов

Чв^1' £ /> /■' . £ ода

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА (ВНИИЖТ)

На правах рукописи УДК 625.143

Космин Александр Владимирович

ПАРАМЕТРЫ ПУТИ В КРИВЫХ ПРИ СМЕШАННОМ ДВИЖЕНИИ ПОЕЗДОВ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Специальность 05.22.06 "Железнодорожный путь'

Научный руководитель -доктор технических наук

Ю.С.Ромен

Москва - 1998

♦г*

ОГЛАВЛЕНИЕ СТР.

ВВЕДЕНИЕ.......................................... 4

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ПРОПУСКА ПОЕЗДОВ И ТРЕБОВАНИЯ К УСТРОЙСТВУ КРИВЫХ ПРИ ПОЕЗДОПОТОКЕ С НЕОДНОРОДНЫМИ СКОРОСТЯМИ........................................... 10

1.1. Специфика работы железных дорог в условиях разноскоростного движения поездов.................. 10

1.2. Устройство пути в кривых при различии в скоростях движения пассажирских и грузовых поездов...... 11

ГЛАВА 2 ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПУТИ ПРИ СМЕШАННОМ ДВИЖЕНИИ СО СКОРОСТЯМИ, ОТЛИЧНЫМИ ОТ РАСЧЕТНЫХ____ 32

2.1. Сравнение условий эксплуатации пути на Забайкальской и Северо-Кавказской ж.д................ 32

ГЛАВА 3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЭКИПАЖЕЙ ПО КРИВЫМ УЧАСТКАМ ПУТИ С МАКСИМАЛЬНЫМ ВОЗВЫШЕНИЕМ НАРУЖНОГО РЕЛЬСА...................... 43

3.1. Основные положения............................43

3.2. Результаты расчета движения экипажей в круговых кривых................................... 46

3.3. Анализ результатов моделирования процессов взаимодействия в переходных кривых................. 49

3.3.1. Исходные данные........................ 49

3.3.2. Анализ результатов расчетов............ 52

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА НА СЛОЖНЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ...... 70

4.1. Определение неравномерности колесных нагрузок на путь в условиях Забайкальской ж.д.................. 70

4.1.1. Методика испытаний..................... 71

4.1.2. Результаты измерений колесных нагрузок. 75

4.2. Анализ фактического состояния пути на участках испытаний и экспериментальное определение нагрузок на путь и устойчивости колеса от схода 8- 79 осных цистерн на Забайкальской ж.д.........

4.3. Результаты сравнительных испытаний подвижного состава в кривой радиуса 350 м на ско- 85 ростном полигоне...............................

4.4. Поездки по перевальному участку (Бело- 103

реченская-Туапсе ) . . . .............................

ГЛАВА 5 ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙТСВА КРИВЫХ И СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПУТИ И ПОДВИЖНОГО СОСТАВА..........................117

5 .1 Принципы оценки......................................ИТ

5.2. Оценка влияния скоростей движения поездов

и непогашенных ускорений на интенсивность бокового ..... .,

износа рельсов..........................................................................11,9

5.2.1. Дальневосточный регион....................................119

5.2.2. Перевал Белореченская-Туапсе..................115

5.3. Оценка сокращения расходов на замену рельсов по боковому износу в кривых........................................125

Основные выводы..........................................129

Литература..................................................................................131

Приложения................................ ...............1^(0

ВВЕДЕНИЕ

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 вы-

полнению 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 измене-

ния 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 14.10.97г.)

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 1995г.; 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.

ГЛАВА 1

ОСОБЕННОСТИ ПРОПУСКА ПОЕЗДОВ И ТРЕБОВАНИЯ К УСТРОЙСТВУ КРИВЫХ ПРИ ПОЕЗДОПОТОКЕ С НЕОДНОРОДНЫМИ СКОРОСТЯМИ 1.1. Специфика работы железных дорог в условиях разноскоростного движения поездов Смешанное движение обычно характеризуется разными скоростями, массами грузовых и пассажирских поездов и типами локомотивов (последние две характеристики являются параметрами, а скорость - их функцией, но применительно к путейскому аспекту эксплуатации таких линий скорость выступает определяющим фактором, от нее зависят конструкция и устройство пути и регламент путевых работ). Кроме того, при пропуске пассажирских и грузовых поездов предъявляются различающиеся требования к плавности движения, уровню комфорта, регулярности движения. Все это резко усложняет организацию такого движения поездов, накладывает соответствующие требования и ограничения на параметры, конструкцию и состояние пути. В некоторых зарубежных странах это послужило одной из причин разделения грузового и пассажирского движения, выделения специализированных линий для скоростного и высокоскоростного движения пассажирских поездов.

На таких специализированных линиях успешно эксплуатируются пассажирские поезда с высокими и сверхвысокими скоростями (Япония, Франция, сеть скоростных железных дорог Европы [10, 70, 71, 72]). Для скоростных линий характерны специальный подвижной состав и соответствующий подбор параметров пути: особо большие радиусы кривых, малые величины непогашенного ускорения, повышенные требования к качеству сооружения, состоянию пути и др.

В составе железнодорожной сети России пока что нет специализированных линий для скоростного движения пассажирских поездов. Известен опыт приспособления линий, первоначально предназначенных для смешанного движения, под пропуск скоростных пассажирских поездов. Это в первую очередь Октябрьская магистраль на главном ходу Санкт-Петербург — Москва, где уже длительное время обращаются скоростные пассажирские поезда. Но данная линия характеризуется особо благоприятными характеристиками плана и профиля. Во всех остальных случаях переустройство направлений для организации скоростного пассажирского движения или даже для сколько-нибудь существенного повышения скоростей движения пассажирских поездов при сохранении более или менее значительного грузового движения было сопряжено с большими эксплуатационными сложностями, экономическими затратами и не всегда давало ожидаемые результаты.

1.2. Устройство пути в кривых при различии в скоростях движения пассажирских

и грузовых поездов

Основополагающими документами, определяющими устройство пути на железных дорогах России (Строительными нормами и правилами Российской федерации [32] , Строительно-техническими нормами МПС РФ [31]), фактически не делается различия между линиями с разными скоростями движения поездов. Исключение составляют линии, относимые к скоростным и характеризуемые скоростями движения пассажирских поездов от 160 до 200 км/ч. Для всех остальных линий не учитываются различия по воздействию грузовых и пассажирских поездов, имеющих разные массы, с разными локомотива-

Аг ^

ми и скоростями движения, на . путь.

В реальных условиях есть ряд железнодорожных направлений, где грузовые и пассажирские поезда обращаются с существенно отличными скоростями. К их числу, в частности, относятся Забайкальская и Северо-Кавказская железные дороги, где ВНИИЖТ в течение ряда лет проводил испытания подвижного состава при различных сочетаниях параметров устройства пути.

К параметрам устройства пути в кривых можно отнести радиусы круговых кривых, возвышение наружного рельса, прямые вставки между смежными кривыми, характеристики переходных кривых (длина переходной кривой, форма и величина отвода возвышения). Как показывает отечественный и зарубежный опыт, из этих параметров наибольшее значение имеют радиус кривой [38] и возвышение наружного рельса.

Вопросам выбора параметров пути, особенно кривых, посвящено сравнительно много исследований и публикаций как в отечественной, так и в зарубежной литературе [1,2,3,4,5,11,24,25,30,32,36,40,55,56. ..61,65,66,69,70,73.. .80,83,]. Эти работы можно разделить на две группы в зависимости от задачи проведения исследований.

В основном соответствующие исследования пров