Скоростной железнодорожный транспорт. Проблемы и перспективы.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
Устройство характерного скоростного поезда Arlanda-Express
Стали для рельсов скоростных линий
Колеса во взаимодействии с рельсами
Проблема переездов на высокоскоростной линии на примере США
Заключение.
Список литературы.

В результате уменьшились поперечные перемещения колес по рельсам и, соответственно, взаимное трение контактирующих поверхностей, "очищающее" токопроводящие дорожки. Из-за этого загрязнения с них удаляются менее интенсивно, и надежность работы рельсовых цепей снижается. Для повышения их надежности приходится использовать различные технические решения.
Требования к контактирующим поверхностям
Основным требованием к контактирующим поверхностям колес и рельсов является обеспечение высокой величины коэффициента трения для поддержания такого уровня сцепления, при котором колеса могли бы катиться по рельсам без проскальзывания даже в режиме торможения или разгона. При проектировании экипажей максимальный коэффициент трения при разгоне принимается 0,25, а минимальный при торможении 0,12, хотя закладываемые в конструкцию резервы обеспечивают безопасную эксплуатацию при коэффициентах трения, выходящих за эти пределы.
При движении экипажа по пути по большей части имеет место соприкосновение гребня колеса с боковой поверхностью рельса, что приводит к возникновению дополнительных боковых сил. Для сведения этих сил к минимуму необходимо создание соответствующих профилей поверхности катания колес и рельсов. Состояние пути и колесных пар оказывает решающее влияние на вертикальные и горизонтальные силы. Качение колеса по рельсу осуществляется по узкой полосе контакта. При этом требуются идеально круглое колесо и плоская поверхность катания рельса. Если у колеса имеется ползун или овальность, при каждом обороте колеса рельс будет подвергаться ударным нагрузкам, и реакция от этих ударов будет передаваться на подрельсовое основание, а также на рессорное подвешивание и кузов подвижного состава (следовательно, на пассажиров и груз), расстраивая конструкцию и ухудшая условия перевозки. Подобные же явления происходят при наличии неровностей у рельсов. С учетом того, что колесная пара имеет неподрессоренную массу 1,5 т, динамическое воздействие получается весьма значительным. Оно будет еще больше, если на оси смонтированы тяговый двигатель и передаточный механизм.
При рассмотрении этих воздействий следует принимать во внимание влияние множественности колесных пар. Через экипаж осуществляется связь между всеми колесными парами единицы подвижного состава, а через сцепные приборы - с другими вагонами поезда. Поэтому динамическое поведение колесных пар нельзя рассматривать изолированно. К тому же следует иметь в виду, что статическая нагрузка от экипажа равномерно распределяется по колесным парам, но при разгоне или торможении она может перераспределяться.
Величина динамического воздействия зависит от параметров рессорного подвешивания, неподрессоренных масс, эксцентриситета вращающихся масс, упругих характеристик пути, а также размера и длины волнообразных неровностей на поверхности катания рельсов.
Помимо вертикальных и боковых, при разгоне и торможении поезда в контакте колеса и рельса возникают продольные силы. При вилянии колесной пары также возникают продольные силы, которые стремятся вернуть ее в среднее положение относительно оси пути. О поперечных силах, возникающих при набегании гребня колеса на боковую грань головки рельса, особенно в кривых, сказано выше. Действием этих сил колесная пара стремится отжать рельс наружу кривой. Вертикальная составляющая поперечной силы в кривой в сочетании с неудовлетворительными параметрами рессорного подвешивания при определенных условиях может вызвать вкатывание колеса на головку рельса и последующий сход.
Рассмотренный спектр сил следует учитывать при проектировании колесных пар. Динамические нагрузки и их циклический характер предъявляют повышенные требования к материалам, из которых изготавливают колесные пары. Предпочтительнее изготовлять их путем ковки стальных отливок, обладающих высоким пределом текучести, повышенной износостойкостью и ударной вязкостью. В процессе изготовления колес необходимо соблюдать высокую технологическую точность - отклонения от проектных размеров не должны превышать 0,25 мм. В эксплуатации следует осуществлять строгий контроль за состоянием колесных пар и своевременно выявлять дефекты, которые могут перерасти в трещины с последующим разрушением колес.
Проблема переездов на высокоскоростной линии на примере США
Строительство специализированных линий для высокоскоростных сообщений связано с большими расходами. Поэтому для организации таких сообщений в условиях США признано целесообразным по возможности использовать линии, по которым ранее в основном осуществлялось грузовое движение. Для повышения скорости на этих линиях, реконструируемых под пассажирские сообщения, должна быть решена проблема переездов.
Направление Чикаго - Сент-Луис длиной 480 км имеет необходимое путевое развитие, здесь надо построить лишь небольшие новые участки. Предварительные изыскания показали возможность достаточной загрузки и рентабельной работы высокоскоростного пассажирского коридора. Имеющиеся здесь линии в основном двухпутные и имеют благоприятный продольный профиль. Геометрия пути в плане и необходимость приобретения земельных участков для укладки дополнительных путей не представляют особых проблем. Наиболее значительные трудности связаны с многочисленными переездами, осложняющими движение грузовых поездов и тем более высокоскоростных пассажирских.
В этом коридоре, в зоне тяготения которого находится много городских и сельских населенных пунктов с разной численностью населения, предстоит малоиспользуемые переезды закрыть, часть оснастить усовершенствованными устройствами сигнализации и заграждения, а наиболее интенсивно используемые превратить в пересечения в разных уровнях.
Это повлияет на условия жизни и деятельности значительной части населения, поэтому последствия предстоящих перемен должны быть в максимальной мере смягчены. Федеральная железнодорожная администрация (FRA) по результатам многолетнего изучения условий работы железных дорог разрешила там, где скорость поездов не более 180 км/ч, оставить переезды, оснащенные сигнализацией и шлагбаумами. При более высокой скорости переезды требуется оснащать барьерными ограждениями, предотвращающими выезд автомобиля на путь перед приближающимся поездом. Даже для пересечений в разных уровнях необходимы ограждения, исключающие возможность падения автомобиля на путь.
Первоначально предусмотренное проектом организации движения высокоскоростных поездов закрытие в конечном счете более половины переездов (и по меньшей мере четверти уже к 2000 г.) вызвало нарекания, в основном из-за вынужденного увеличения расстояний и продолжительности поездок на автомобильном транспорте. Чтобы продвинуть проект, соответствующие службы штата Иллинойс с участием местных администраций разработали план организации пропуска поездов по линиям с переездами. В этом плане определены места укладки и длина дополнительных главных и обходных путей для пропуска скоростных поездов с интервалом в 2 ч и минимальными задержками, уточнена потребность в строительстве новых участков и соединений действующих для каждого из четырех подходов к Чикаго, оценена предполагаемая скорость проследования поездами всех переездов, намечены пункты обгона грузовых поездов и скрещения с ними. Полученные данные анализировали с использованием имитационной модели движения высокоскоростных поездов. В итоге был получен достаточный объем информации, позволяющей сформулировать требования к каждому переезду в соответствии с разделом 1010 Акта о смешанных перевозках, в котором, в частности, коридор Чикаго - Сент-Луис рассматривается как потенциально скоростной.
Исследования переездов вели комплексно, с охватом всего коридора. Этот подход предусматривал: анализ изменений во времени отношения общественности к данной проблеме; дискуссию с местными властями и специалистами; расчет скорости движения поездов; оценку потребного объема движения автомобилей с классификацией их по видам и необходимой пропускной способности переездов; сбор данных по происшествиям на переездах; классификацию переездов по функциям и интенсивности использования; оценку мешающего влияния переездов на движение поездов; разработку плана мероприятий по переездам.
При изучении зоны тяготения к коридору особое внимание обращали на местонахождение больниц, школ и подобных объектов, связанных с интенсивным движением легковых автомобилей и автобусов, а также промышленных и сельскохозяйственных предприятий, в частности элеваторов, служащих местами зарождения и назначения перевозок грузовыми автомобилями. Все это увязывали с расположением переездов.
Согласно тяговым расчетам и ориентировочному графику движения поездов были определены зоны, в которых скорость поездов будет находиться в пределах до 128 км/ч, 128 - 175 км/ч и 175 - 200 км/ч. Для скорости 175 км/ч и менее мероприятия определяются действующими инструктивными документами FRA и сводятся в основном к модернизации устройств сигнализации и оповещения. Для скорости от 180 до 200 км/ч требуются дополнительные меры защиты поездов, автомобилей и находящихся в них людей в виде прочных барьеров, поднимающихся с обеих сторон переезда перед приближением поезда. Три переезда в опытном порядке уже оснащены такими барьерами. (На ранних стадиях разработки проекта высокоскоростного коридора в качестве максимальной рассматривалась скорость поездов 225 км/ч, но затем сочли целесообразным ограничиться 200 км/ч.)
Среднесуточные размеры движения автомобильного транспорта по переездам определяли по данным учета за 1993, 1994 и 1995 гг. Было установлено, в частности, что интенсивность движения по переездам варьируется от одного до 41 тыс. автомобилей в сутки. В соответствии с полученными результатами переезды разбили по категориям. При этом принимали во внимание важность проходящих по переездам автомобильных дорог для транспортного обслуживания прилегающих населенных пунктов и предприятий, наличие альтернативных путей объезда, а также прочие обстоятельства, например условия видимости обстановки на переезде как со стороны поезда, так и со стороны автомобиля.
В соответствии с инструктивными документами Междуштатной комиссии по торговле переезд нельзя закрывать, если это приводит к недопустимо большим расстояниям объезда для пользователей. Предельно допустимыми расстояниями объезда считаются 6,5 км для переездов, находящихся вне населенных пунктов, и 1,2 км для переездов в пределах населенных пунктов. В случае намерения закрыть один из двух переездов, находящихся на расстоянии 1,6 км друг от друга (по железной дороге), требуется согласование с местной транспортной администрацией. При этом остающийся переезд должен иметь ширину и качество покрытия, позволяющие в любых погодных условиях пропустить суммарный по двум переездам поток автомобилей, а также усовершенствованную систему сигнализации. Если в населенном пункте имеется только один переезд, его закрывать нельзя.
Были сформулированы требования к оснащению переездов устройствами обеспечения безопасности. Так, признано необходимым оснастить системой предупреждения машиниста приближающегося поезда о наличии на переезде остановившегося автотранспортного средства все переезды, мимо которых поезда проходят со скоростью 125 км/ч и более, если через переезд проходят маршруты движения школьных автобусов. Выходные полушлагбаумы должны опускаться позже входных, чтобы дать возможность автомобилям покинуть переезд. Упреждение закрытия переезда должно быть не менее 20 с (обычно даже 30 с) до подхода поезда. В особых случаях предусмотрено применение шлагбаумов, перекрывающих всю ширину автомобильной дороги. В таких случаях оснащение переезда системой предупреждения машиниста приближающегося поезда о наличии на переезде остановившегося автотранспортного средства обязательно.
В конечном счете было признано возможным в ходе подготовки к организации высокоскоростных сообщений закрыть в коридоре Чикаго - Сент-Луис около 30 % переездов, по которым осуществляется от 2 до 3 % автомобильного движения в зоне тяготения, причем ни один из них не имеет среднесуточного объема движения более 2210 автомобилей в сутки.
Заключение.
Итак мы вкратце описали проблемы и перспективы развития скоростного железнодорожного транспорта в мире.
Данный вид транспорта имеет хорошие шансы выйти на первые роли в сфере грузо и пассажиропреревозок, при условии, что будет решен ряд технических, экономических и политических вопросов, рассмотренных на примере США.
Что касается России, то в нашей стране к сожалению данный вид транспорта не развит, первая скоростная железная дорога свяжет Москву и Санкт-Петербург в 2012-2014 годах.
Список литературы.
Y. Sato. Elektrische Bahnen, 1998, N 6, S. 173 - 178
Rail International, 1999, N 12, р. 2- 8, 16- 25
J. Glover. Modern Railways, 1997, N 10, p. 802 – 803
Материалы фирмы Alstom
B. Engel. Elektrische Bahnen, 1999, N5, с.171- 177
Материалы сайта Drezina.ru
C.-F. Laaser. Eisenbahningenieur, 1998, N 2, S. 10 - 18.
3