Обоснование сфер эффективного применения железнодорожных рельсов на городском рельсовом транспорте тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.06, кандидат технических наук Никерова, Ирина Николаевна

• Никерова, Ирина Николаевна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Никерова, Ирина Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

1. ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОГО РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА

1.1. Состояние вопроса.

1.2. Анализ действующих нормативных документов, регламентирующих сферы использования железнодорожных рельсов на трамвайных путях.

1.2.1. Требования строительных норм и правил.

1.2.2. Требования правил технической эксплуатации трамвая

1.2.3. Требования инструкции по техническому содержанию трамвайных путей.

1.2.4. Результаты анализа.

1.3. Типы и характеристика рельсов в эксплуатируемых и перспективных конструкциях трамвайных путей.

1.3.1. Рельсы трамвайные отечественного производства.

1.3.2. .Рельсы железнодорожные отечественного производства.

1.3.3. Рельсы производства Австрийских и Венгерских фирм, эксплуатируемые на трамвайных путях Горэлектротранса Санкт-Петербурга.

Выводы.

2. АНАЛИЗ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ НА ГОРОДСКОМ РЕЛЬСОВОМ ТРАНСПОРТЕ.

2.1. Структура системы городского рельсового транспорта

ГРТ).

2.2. Состояние аварийности в системе ГРТ по блокам Путь-Трамвай-Водитель-Внешняя среда.

2.3. Влияние фактора сезонности на аварийность системы ГРТ.

2.4. Влияние фактора кривизны путей на аварийность системы

2.5. Разработка методики комплексной оценки технического состояния блоков системы ГРТ при сходе вагонов с рельсов.

Выводы.

УКЛАДКА ОПЫТНЫХ УЧАСТКОВ С

КОНСТРУКЦИЯМИ ПУТИ ИЗ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСОВ.

3.1. Обоснование типа железнодорожных рельсов (конструкции пути) для укладки на опытных участках

3.2. Обоснование условий испытаний опытных конструкций пути по параметру кривизны рельсовых нитей

3.3. Укладка опытных конструкций с железнодорожными рельсами на эксплуатируемой сети трамвайных путей

Санкт-Петербурга.

Выводы.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ОПЫТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПУТИ И ИХ АНАЛИЗ

4.1. Методика эксплуатационных наблюдений

4.2. Конструкции пути с рельсами трамвайного типа по обеим рельсовым нитям.

4.3. Конструкция пути с железнодорожными рельсами по упорной рельсовой нити и с трамвайными рельсами по внутренней нити.

4.3.1. Ширина колеи.

4.3.2. Возвышение рельсовых нитей

4.3.3. Положение рельсовых нитей в плане.

4.3.4. Оценка аварийности.

4.4. Конструкция пути с железнодорожными рельсами по обеим рельсовым нитям

Выводы.

5. УСТОЙЧИВОСТЬ ВАГОНОВ К НАКАТЫВАНИЮ КОЛЕСА НА РЕЛЬС.

5.1. Расчет направляющих усилий при вписывании трамвайных вагонов в кривые участки пути.

5.2. Расчет устойчивости колеса к всползанию его на рельс

5.2.1. Исследования по критерию Марье.

5.2.2. Исследования с использованием методических разработок

Г.М. Шахунянца и М.П. Смирнова

5.2.3. Исследования с использованием методических разработок

М.Ф. Вериго, А.Я. Когана, А.У. Галеева.

5.2.4. Выводы.

6. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЛОЖЕНИЯ ИНВЕСТИЦИЙ В КОНСТРУКЦИИ ПУТИ

С ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМИ РЕЛЬСАМИ.

6.1. Методика сравнительной экономической оценки вариантов конструкции пути с железнодорожными рельсами в различных условиях их эксплуатации.

6.2. Расчет технико-экономической эффективности применения железнодорожных рельсов на городском рельсовом транспорте.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование сфер эффективного применения железнодорожных рельсов на городском рельсовом транспорте»

Рельсы железнодорожные отечественного производства находят применение на магистральном и промышленном железнодорожном транспорте, в метрополитенах и на городском рельсовом транспорте (трамвае). При этом, если применение железнодорожных рельсов в первых трех указанных областях считается обычным явлением, то использование их на городском рельсовом транспорте требует соответствующего технико-экономического и научного обоснования. Последнее связано с качественно иной сферой их применения по параметру кривизны пути и повышенными требованиями к безопасности движения поездов.

Так, если область кривых участков пути на магистральном железнодорожном транспорте начинается с радиуса 200-250 м, то на городском рельсовом транспорте в соответствии с нормативами ПТЭ с 18-20м (фактически же с 14-16 м). Это обстоятельство, в целях исключения сходов трамваев с рельсов, потребовало широкого применения трамвайных рельсов специального профиля.

В перестроечный период, с развитием рыночных отношений, производство трамвайных рельсов резко сократилось. Причиной тому послужил малый объем потребности в этих рельсах в целом по России и, в связи с этим, и неэкономичность их производства металлургическими предприятиями, имеющими рельсопрокатное производство. В этой ситуации предприятия Горэлектротранса стали приобретать трамвайные рельсы производства зарубежных фирм. Таким образом, возникла производственная необходимость в оценке технической возможности применения железнодорожных рельсов отечественного производства на городском рельсовом транспорте. С научной точки зрения эта проблема потребовала обоснования сфер возможного применения железнодорожных рельсов на городском рельсовом транспорте.

Научное обоснование сфер возможного применения железнодорожных рельсов на городском рельсовом транспорте должно рассматриваться в двух аспектах — техническом и экономическом. Первое ограничение (в техническом отношении) предусматривает обоснование сфер использования железнодорожных рельсов с позиции исключения сходов трамваев с рельсов. Второе — дает экономическое обоснование сфер эффективного использования железнодорожных рельсов. При этом в качестве базового варианта должны быть приняты конструкции пути с применяющимися в настоящее время типовыми трамвайными рельсами. Экономическое же обоснование в современных условиях должно базироваться на экономических критериях, соответствующих рыночным условиям развития производства.

В выполненном исследовании подробно изучаются нормативные материалы с позиций использования железнодорожных рельсов на городском рельсовом транспорте и фактическое их использование на предприятиях

Горэлектротранса. В течении длительного времени (начиная с 1991г.) собраны и проанализированы статистические материалы по аварийности на городском рельсовом транспорте. Анализ выполнен с рассмотрением системы «Трамвай-Путь-Водитель-Внешняя среда».

В настоящее время нет математической модели, достаточно строго описывающей сход вагонов с рельсов в условиях городского рельсового транспорта. Это объясняется рядом причин.

Во первых, сход - явление многофакторное и, практически, никогда он не проявляется от какой - либо одной причины (например предельный износ гребней колес). Тележка с предельно изношенным гребнем сойдет с рельсов не в любом месте (например, в прямом участке пути) а, как правило, в кривом участке пути и с наименьшим радиусом. Более того, даже в этой ситуации, при малой скорости движения, сход может и не быть, а при повышенной скорости он будет реализован.

Во вторых, большая часть сходов проявляется от попадания посторонних предметов на путь. Наши математические модели это, как правило, не только не предусматривают, но и не предполагают. А наличие посторонних предметов на некоторых участках пути явление случайное, а на узловых соединениях с замощенным покрытием практически постоянное.

В третьих, существующие математические модели, описывающие явление схода колеса с рельсов рассчитаны на ведомые колеса. У трамвайных вагонов каждая ось является ведущей и на ней реализуется тяговое усилие. Это обстоятельство меняет физику всползания колес на рельс. По этой причине известные разработки в этой области для магистрального транспорта применительно к городскому рельсовому транспорту являются неприемлемыми.

Отмеченные обстоятельства побудили автора в основу исследования положить эксплуатационные испытания опытных конструкций, как наиболее надежные и учитывающие все многообразие эксплуатационных факторов. Эксплуатационные испытания потребовали больших затрат времени на их проведение (1991-2000 годы).

За период исследования уложены и проведены эксплуатационные наблюдения за опытными участками с железнодорожными рельсами в кривых радиусами от 20 м до 500м. На заключительном этапе дано технико-экономическое обоснование сфер эффективного использования железнодорожных рельсов на городском рельсовом транспорте.

Работа выполнена на кафедре «Железнодорожный путь» ПГУПС в сотрудничестве с ГП «Горэлектротранс» Санкт-Петербурга и Управлением Октябрьской железной дороги.

Целью диссертационной работы является технико-экономическое обоснование сфер применения железнодорожных рельсов отечественного производства по параметру кривизны пути в условиях городского рельсового транспорта (ГРТ).

В соответствии с поставленной целью в исследовании поставлены следующие задачи:

- анализ нормативной документации по использованию железнодорожных рельсов на ГРТ и фактическое их использование предприятиями Горэлектротранса;

- изучение фактического положения по безопасности движения поездов, оцениваемой по интенсивности схода вагонов с рельсов в условиях ГРТ;

- создание опытных конструкций пути с железнодорожными рельсами и их эксплуатационные испытания в кривых участках пути с анализом безопасности движения поездов на этих участках;

- проведение теоретических исследований по вписыванию трамвайных вагонов в кривые участки пути с установлением уровня силовых воздействий на путь, оценка устойчивости колеса на рельсе с разработкой математической модели применительно к тележкам трамвайного вагона;

- установление сфер применения железнодорожных рельсов по условиям безопасности движения и экономическим соображениям.

В процессе проведения исследований не было выявлено каких-либо опубликованных работ по научному обоснованию возможности применения железнодорожных рельсов в кривых участках трамвайных путей. В этой области исследований выполняемая работа является пионерной. Обследование эксплуатируемой сети трамвайных путей ГУП «Горэлектротранс» Санкт-Петербурга (протяженность 708,6 км - 13% протяженности всех трамвайных путей Российской Федерации) в начале проводимого исследования показало, что железнодорожные рельсы в кривых участках трамвайных путей не укладывались. Поставленная в исследовании задача по оценке устойчивости трамвайных вагонов в рельсовой колее затруднялась отсутствием ее теоретического решения для тележек с расположением буксовых узлов с внутренней стороны колеса (в пределах насадки).

Метод исследований. Научное обоснование опытных конструкций пути с железнодорожными рельсами и их эксплуатационные испытания в условиях широкого полигона изменения кривизны кривых по критериям их технического состояния и безопасности движения. Теоретические исследования по установлению уровня сил взаимодействия вагонов и пути в кривых участках и оценка устойчивости движения трамвайных вагонов в рельсовой колее на основе известных математических моделей и разработке новых.

Научная новизна исследований заключается в установлении критических зон перехода различных конструкций пути с железнодорожными рельсами по параметру кривизны пути, разработке теоретико-экспериментальной зависимости интенсивности сходов вагонов от кривизны пути, обосновании перспективного типажа железнодорожных и трамвайных рельсов с позиций их унификации с промежуточными скреплениями и снижения их числа, разработке и практической реализации математической модели по устойчивости трамвайных вагонов в кривых участках пути.

Достоверность теоретических результатов работы, обоснованность выводов и рекомендаций подтверждается совпадением их с данными экспериментальных исследований, признанием и представительным внедрением их предприятиями Горэлектротранса и проектных организаций.

Практическая ценность работы состоит в расширении сфер эффективного использования железнодорожных рельсов в условиях ГРТ и распространение их на кривые участки, повышение сроков их службы, снижении типажа железнодорожных и трамвайных рельсов, укладки железнодорожных рельсов в кривых участках трамвайных путей ГУП «Горэлектротранс» Санкт-Петербурга.

Реализация работы. Результаты исследований использованы ГУП «Горэлектротранс» Санкт-Петербурга путем укладки конструкций пути с железнодорожными рельсами на эксплуатируемых городских путях, снижения типажа укладываемых железнодорожных и трамвайных рельсов, разработки нормативной базы по совершенствованию систем ведения рельсового хозяйства на ГРТ.

Апробация работы. Основное содержание работы , а также отдельные ее положения были одобрены на международной научно-практической конференции «Организация и безопасность движения в крупных городах» (Санкт-Петербург, 1995 год), опубликованы в межвузовских трудах ПИИТа и ПГУПСа (1997-2001гг.), журнале «Путь и путевое хозяйство» (2002г), доложены на НТС службы пути ГУП «Горэлекторотранс» Санкт-Петербурга (2002г), расширенном научно-техническом совещании отдела «Конструкций железнодорожного пути» комплексного отделения «Путь и путевое хозяйство» ВНИИЖТа (2003г) и заседаниях кафедры «Железнодорожный путь» ПГУПСа (2001 -2004гг).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано шесть статей. Подготовлены к печати еще две статьи.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения и шести глав, выводов, списка использованной литературы и 4-х приложений. Объем работы составляет 160 страниц машинописного текста и содержит 18 рис., 61 табл. Список использованной литературы составляет 42 наименования.

Заключение диссертации по теме «Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог», Никерова, Ирина Николаевна

ВЫВОДЫ

1. Опытная конструкция верхнего строения пути с железнодорожными рельсами при обосновании ее с позиций перспективности и возможности применения на городском рельсовом транспорте должна быть представлена:

-рельсами типа Р65 по обеим рельсовым нитям или железнодорожными рельсами типа Р65 по наружной нити и трамвайными рельсами типа Т62 по внутренней нити (в зависимости от радиуса кривой);

- деревянными шпалами типа 1А или 1Б с эпюрой 1680 или 1840 шпал на 1км пути;

- шириной рельсовой колеи в соответствии с требованиями действующих нормативных документов и допусков на величину ее номинального значения, допусков на момент укладки пути и в процессе эксплуатации с учетом износа рельсов;

-возвышением наружной рельсовой нити над внутренней и усилением пути в кривых в зависимости от радиуса кривых в соответствии с требованиями действующих нормативных документов (СНиП, ПТЭ трамвая, Инструкция по техническому содержанию трамвайных путей).

2. Сферы применения по параметру кривизны кривых конструкций пути без контррельсов, с контррельсами по внутренней нити, с контррельсами по обеим рельсовым нитям должны быть установлены опытным путем — проведением динамических и эксплуатационных испытаний.

3. Выполненными исследованиями обоснована необходимость устройства конструкции пути с контррельсами по обеим рельсовым нитям при радиусах кривых 25м и менее (по условиям безопасности движения). При этом по конструктивным соображениям в данном диапазоне кривизны путей целесообразно укладывать рельсы трамвайного типа.

4. Эксплуатационные испытания конструкций пути с железнодорожными рельсами по обеим рельсовым нитям без контррельсов должны быть выполнены в пределах изменения радиуса кривых от 500 до 100м. Этими испытаниями могут быть установлены предельно возможные минимальные радиусы кривых, при которых возможна эксплуатация железнодорожных рельсов без контррельсов, а следовательно, и величина наибольшего радиуса, при котором должна начинаться укладка конструкции пути с контррельсами по внутренней нити.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ОПЫТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПУТИ И ИХ АНАЛИЗ

4.1. Методика эксплуатационных наблюдений

В процессе эксплуатационных испытаний измеряется ширина рельсовой колеи, возвышение наружной рельсовой нити над внутренней, стрелы прогиба. Ширина колеи и уровень измеряется в сечении пути с шагом 4.0м по всей длине опытного участка. В зависимости от фактической длины опытного участка расстояние между сечениями может быть уменьшено (до 2м при незначительной длине кривой) или увеличено (до 8м при больших значениях длины опытного участка). Стрелы прогиба измеряются на длине хорды 4м с расстоянием между сечениями 2м (по наружной рельсовой нити). При радиусах кривых 300м и более стрелы прогиба следует измерять на длине хорды 8м при расстоянии между сечениями 2м.

Периодичность измерений устанавливается первоначально через 3 месяца после укладки. Все последующие измерения проводятся через 6 месяцев. Первое измерение выполняется непосредственно после укладки опытной конструкции. Общий срок эксплуатационных испытаний опытной конструкции назначается равным 2 годам. Особое внимание при наблюдениях уделяется учету и последующему анализу сходов подвижного состава на опытных участках. По истечении указанного срока в случае отсутствия сходов подвижного состава (или при их наличии, но не связанных с особенностями нового конструктивного оформления пути), опытная конструкция может быть признана достаточно надежной и принята к постоянной эксплуатации.

Первичная информация по состоянию пути в плане уровню и ширине рельсовой колеи заносится в специальную ведомость (табл. 4.1.). По каждому опытному участку дополнительно указывается его адрес, дата укладки, проектное значение радиуса кривой, длина участка, сведения по сходам подвижного состава и оценка дистанции пути о надежности работы конструкции. В процессе проведения эксплуатационных испытаний методика оценки технического состояния пути может уточняться.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Никерова, Ирина Николаевна, 2004 год

1. СНиП 2.05.09-90. Трамвайные и троллейбусные линии. М., Государственный строительный комитет СССР, 1990.

2. Правила технической эксплуатации трамвая. М., Издательство Министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1959.

3. Правила технической эксплуатации трамвая. М., Издательство Министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1961.

4. Правила технической эксплуатации трамвая. М., Издательство литературы по строительству, 1972

5. Правила технической эксплуатации трамвая. М., Транспорт, 1982.

6. Правила технической эксплуатации трамвая. М., Министерство транспорта Российской федерации, 1993.

7. Инструкция по текущему содержанию трамвайного пути. М., Академия коммунального хозяйства имени К.Д. Панфилова, 1972.

8. Инструкция по текущему содержанию трамвайных путей. М., Росгорэлектротранс, 1992

9. Иванов М.Д., Алпаткин А.П., Исрокольский Б.К. Устройство и эксплуатация трамвая. М., Высшая школа, 1977

10. Технические условия ТУ-14-2-829-89. Рельсы трамвайные желобчатые Т58 и Т62. Харьков, УкрНИИМет, 1989.

11. Технические условия ТУ-14-2-751-87. Рельсы трамвайные повышенного качества типов Т60 и Т65. Харьков, УкрНИИМет, 1987.

12. Технические условия ТУ-14-2-ЭД-1-751-88. Рельсы трамвайные желобчатые повышенного качества типов ТВ60 и ТВ65, Харьков, УкрНИИМет, 1988.

13. Альбом чертежей верхнего строения железнодорожного пути. М., Транспорт, 1995.

14. СТН Ц-01-95. Железные дороги колеи 1520мм. М., Транспорт, 1995.

15. Яковлева Т.Г., Карпущенко Н.И., Клинов С И . , Путря Н.Н,, Смирнов М.П. Железнодорожный путь. М., Транспорт, 1999.

16. СНиП 32-01-95. Железные дороги колеи 1520 мм. Минстрой России, М., 1996.

17. Овечников Е.В. Рельсовые пути трамваев и внутризаводских дорог. М., Издательство литературы по строительству. 1968.

18. Косой Ю.М. Рельсовые пути трамваев и внутризаводских дорог. М., Транспорт, 1987.

19. Никерова И.Н. Требования к использованию рельсов железнодорожного типа в условиях городского рельсового транспорта. Межвузовский сборник научных трудов «Молодые ученые, аспиранты и докторанты ПГУПС». ПГУПС, Санкт-Петербург, 1997.

20. Никерова И.Н. Результаты эксплуатационных испытаний рельсов железнодорожного типа в условиях городского рельсового транспорта. Межвузовский сборник научных трудов «Молодые ученые, аспиранты и докторанты ПГУПС». ПГУПС, Санкт-Петербург, 1997.

21. Дьяков К.Н., Никерова И.Н. Технико-экономическаяч эффективность применения рельсов железнодорожного типа на городском рельсовом транспорте. Сборник «Труды молодых ученых, аспирантов и докторантов ПГУПС». ПГУПС, Санкт-Петербург, 1999.

22. ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам. Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск, 1995.

23. Положение о проведении планово-предупредительного ремонта трамвайных путей. М., 1986.

24. Волков В.А. Экономическая эффективность инвестиций на железнодорожном транспорте в условиях рынка. М., Транспорт, 1996.

25. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. Официальное издание. М., Информэлектро, 1994

26. Ефанов А.Н., Зайцев А.А., Коваленок Т.П. Методы определения экономической эффективности инвестиционных проектов. Учебное пособие. Санкт-Петербург, ПГУПС, 1996

27. Методика оценки эффективности инвестиционных проектов на Октябрьской железной дороге. Санкт-Петербург, МПС, 1998.

28. Яковлев В.Ф. , Никеров Н.С., Дудкин Е.П. Проектирование и расчет рельсовой колеи в кривых участках пути. Методические указания. ЛИИЖТ, 1986.

29. Руководство по определению бокового воздействия на путь и оптимальных параметров рельсовой колеи в кривых участках путей промышленных предприятий. М., Союзпромтрансниипроект, 1983.

30. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь. М,, Транспорт, 1969.

31. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь. М., Транспорт, 1987.

32. Ершков О.П. Расчеты поперечных горизонтальных сил в кривых. Труды ВНИИЖТа, вып. 301. М., Транспорт 1966.

33. Вериго М.Ф., Коган А.Я. Взаимодействие пути и подвижного состава. М., Транспорт, 1988.

34. Галеев А.У. К вопросу теории схода колес с рельсов. Труды ЦНИИ, вып. 207, 1961.

35. Трофимов А.Н. Процесс всползания гребня колеса на головку рельса при движении железнодорожного экипажа на бокуовой путь стрелочного перевода. Труды ЛИИЖТ, вып. 323. Л., Транспорт, 1971.

36. Трофимов А.Н. Об устойчивости подвижного состава против схода с рельсов. Межвузовский сборник научных трудов. Днепропетровск, 1983.

37. Мищенко К.Н, Современное состояние вопроса о вползании колеса на рельс. Труды ДИИТ, вып. 20, 1950.

38. Чернышев М.Л. Практические методы расчета пути. М., Транспорт, 1967.

39. ГОСТ 25712-88. Бандажи чистые для вагонов трамвая. Технические условия. М., Государственный комитет по стандартам, 1988.

40. ГОСТ 5257-89. Бандажи черновые из углеродистой стали для подвижного состава трамвая. Технические условия. М., Изд-во стандартов, 1989.

41. Резник М.Я., Кулаков Б.М. Трамвайный вагон ЛМ-68. М., Транспорт, 1977.