Организация высокоскоростного движения лекции

Безбалластные конструкции ВСП.	28.10.15

У широко распространенных конструкций ВСП на балластном основании, именно балласт является самым слабым звеном. Альтернативой пути на балласте является безбалластный путь, укладываемый на железобетонных блоках или плитах. Такой путь реализуется в виде оснований, опирающихся на жесткие железобетонные конструкции (в тоннелях, на мостах и эстакадах) или на ЗП. Благодаря заводскому производству всех компонентов конструкций ВСП, обеспечивается высокое качество и необходимая точность изготовления ВСП.

Основными преимуществами безбалластной конструкции ВСП являются:

Стабильность геометрических параметров пути;

Высокое сопротивление перемещению пути в продольном и боковом направлениях;

Низкие эксплуатационные расходы из-за отсутствия щебня.

Внастоящее время на ВСМ наибольшее распространение получили безбалластые конструкции четырех следующих типов:

1 «RHEDA-2000» - (ВСМ Германии и Нидерландов) имеет двухблочное основание, надежно встроенное в армированную конструкцию. Заливка армировки бетоном происходит на месте ВСП.

2 «BÖGEL» - имеет плитную конструкцию.

Безбалластная конструкция пути по характеристикам взаимодействия с ЭПС является более жесткой по сравнению с балластом. В связи с этим при движении ЭПС по пути с безбалластным основанием, уровень шума возрастает примерно на 4 Дб, что соответствует увеличению мощности источника шума в 2,5 раза. Для устранения этого недостатка под плиты укладывают резиновые маты или подложки из эластичного материала.

3 «ÖBB PORR» - имеет плитную конструкцию на эластичной конструкции, она обеспечивает хорошую амортизацию даже при больших динамических нагрузках.

4 «LVT-SYSTEM» - комплект Sonneville AG – Low Vibration Track. Эта кон-

струкция включает в себя упругую подкладку под рельс и резиновые маты под блок. Конструкция монтируется на бетонных моноблоках.

Безбалластная конструкция пути имеет еще одно преимущество перед балластной – это ее экологичность. Результаты выполненных научных исследований показали, что в процессе всего жизненного цикла, в случае безбалластной конструкции пути в атмосферу выбрасывается в 1,5 раза меньше CO2.

21

Стрелочные переводы

СП являются одним из самых ответственных элементов ВСП. СП на ВСМ устраивают в местах примыкания второстепенных путей к главным.

При движении высокоскоростных поездов по СП в них возникают значительные боковые силы, аналогично движению поезда в кривой. Для снижения боковых сил при сохранении высокой скорости движения, СП на ВСМ выполняют более пологими.

Рисунок 9 – стрелочный перевод

Степень пологости СП принято характеризовать маркой СП или маркой крестовины. Марка крестовины – тангенс угла крестовины.

1= =

Чем больше N, тем более пологий стрелочный перевод.

Марки крестовин ОАО «РЖД»: 1/11 – 50 км/ч; 1/9 – 25 км/ч; 1/18 – 80 км/ч; 1/22

– 120 км/ч.

Для ВСМ в мире утвердились два концептуальных подхода выбора СП:

1Японский

2Европейский

Японский – СП должны обеспечивать максимальную скорость движения поездов только по прямому направлению. В Японии в связи с этим редко применяют СП более пологими, чем 1/32.

Европейский – 1/65 (Франция) движение на боковой путь со скоростью до 220

км/ч (1/46 – 160 км/ч).

СП на ВСМ должны иметь специальную конструкцию крестовины, которая не допускает ударов колеса при проходе мертвого пространства и имеет непрерывную поверхность катания, чаще всего для этого используют крестовины с подвижным сердечником.

СП со сверхпологими крестовинами имеют достаточно сложную конструкцию. Для перевода остряков подвижного сердечника крестовины используется 11 электроприводов, 8 из которых приводят в движение остряки, а 3 подвижный сердечник крестовины.

22

06.11.15

Особенности применения ИССО4 на ВСМ

ИССО обеспечивают возможность пересечения железных дорог, водных преград, других железнодорожных линий, авто дорог, горных хребтов, глубоких ущелий, застроенных городских территорий, а также безопасный переход людей через пути и устойчивость ЗП в сложных геологических и гидрологических условиях.

КИССО железных дорог относятся:

Мосты;

Тоннели;

Виадуки;

Трубы;

Подпорные стены и др.

Одной из характерных особенностей ВСМ, которая отличает ее обычных железных дорог, является большое количество искусственных сооружений. ИССО на ВСМ благодаря ряду своих особенностей являются своего рода украшением или визитной карточкой ВСМ.

Широкое применение ИССО связано в первую очередь с тем, что трасса ВСМ должна быть максимально приближена к прямой линии как в плане, так и в профиле. Кроме этого трасса ВСМ в целях безопасности не должна иметь пересечений в одном уровне с другими путями сообщений.

Начиная со второй половины XX века количество сооружаемых ИССО на ВСМ увеличилось под воздействием экологов. В настоящее время ВСМ очень часто прокладывают на эстакадах или в тоннелях даже в условиях равнинной местности. В ряде стран такие ВСМ получили образное название «ВСМ дружное с окружающей средой».

Нередко дополнительным условием сооружения ИССО на ВСМ является гармоничное вписывание в природный ландшафт, поэтому многие ИССО становятся эстетически привлекательными элементами ВСМ. Дополнительным обстоятельством сооружения ИССО служит необходимость прокладки ВСМ в стесненных условиях плотной городской застройки, а также недостаток свободных территорий под отвод земель для ВСМ.

Мосты, тоннели и эстакады являются сложными и дорогостоящими искусственными сооружениями. Стоимость постройки 1 п.м.5 тоннеля, как правило, выше стоимости 1 п.м. моста. Однако, существует закономерность с увеличением общей длины сооружения стоимость 1 п.м. тоннеля уменьшается, а моста – возрастает. Как показывает практика, строительство эстакады или тоннеля, несмотря на большую стоимость, зачастую оказывается более экономически выгодным, чем сооружение ЗП в связи с высокими ценами на землю, а также жесткими требованиями к охране окружающей среды.

Устройство тоннелей зачастую предпочтительней сооружений эстакад при проходе через историческую городскую застройку.

4Искусственное сооружение

5Погонный метр

23

Основные требования к ИССО на ВСМ

Проектирование и строительство мостов, эстакад и виадуков на ВСМ имеет свои особенности. Для обеспечения плавности движения высокоскоростных поездов и комфорта пассажиров величина упругого прогиба пролетных строений мостовых сооружений от веса поезда не должна превышать 1/2200 от длины пролета.

Весьма ответственным параметром мостов, эстакад, виадуков на ВСМ является их грузоподъемность. Тот факт, что ВСМ предназначена для регулярного движения относительно легких пассажирских высокоскоростных поездов не должен исключать возможности пропуска по ней грузовых поездов специального назначения в период строительства.

Мосты, эстакады и виадуки на ВСМ проектируют только двухпутными. Установленная ширина междупутья на ВСМ должна сохраняться на всех ИССО. В этой связи к пролетным конструкциям предъявляют высокие требования по крутильной жесткости – 1 мм на 1м. Пролетные строения мостов, виадуков изготавливают из железобетона. На мостах, эстакадах и виадуках применение бесстыкового пути имеет ряд особенностей. Бесстыковой путь, уложенный на мостовом сооружении работает в более тяжелых условиях чем на земляном полотне. В результате совместной работы с деформирующимися пролетными строениями и опорами, путь испытывает дополнительные усилия. Эти дополнительные усилия в значительной степени зависят от типа мостового полотна.

Рисунок 10 – поперечные сечения железобетонных пролетных строений моста ВСМ: а – с балластным мостовым полотном; б – с железобетонными плитами

Вмировой практике применяется два типа мостового полотна: балластное и безбалластное. Балластная конструкция мостового полотна снижает уровень шума при проходе подвижного состава по мосту и позволяет использовать единый комплекс путевых машин при эксплуатации ЗП. Благодаря близким характеристикам упругости к ЗП балластное мостовое полотно повышает комфортабельность проезда в точке сопряжения с ИССО.

Впоследние годы предпочтение отдается безбалластному мостовому полотну

всвязи с повышенной устойчивостью РШР и низкими эксплуатационными затратами.

24

11.11.15

Основные требования к тоннелям ВСМ

При строительстве ВСМ наиболее трудоемкими ИССО являются тоннели, которые при больших скоростях движения требуют особых конструктивных решений. С ростом скоростей движения поездов возникают специфические проблемы, связанные с движением поездов в тоннелях. Одна из них – взаимодействие поезда с воздушной средой. Значительные перепады давления оказывают негативное влияние на пассажиров. Для его предотвращения необходимы особые устройства систем вентиляции вагонов. Ударная волна, образующаяся при выходе поезда из тоннеля носит взрывообразный характер. В некоторых случаях она приводит к повреждению стекол в близлежащих домах и представляет опасность для оборудования размещенного рядом с тоннелем. Для смягчения воздушных ударов используют косые или ступенчатые конструкции обрамления порталов тоннелей, которые имеют свойство растягивать фронт ударной волны. С этой же целью носовая часть оконечных вагонов высокоскоростных поездов удлиняется. Ей придается заостренная форма, очертание которой определяется в ходе аэродинамических расчетов.

При следовании поезда в тоннеле изменяются условия аэродинамического обтекания поезда. Так как пространство между стенами тоннеля и вагонами невелико, то перед носовой частью создается большое (избыточное) давление, а позади к хвостовой части – разряжение. Возникает разность давления, которая увеличивает сопротивление движению поезда. Указанное сопротивление развивается пропорционально квадрату скорости движения, поэтому его следует учитывать уже начиная со скорости 200 км/ч. Компенсируя разницу давлений, часть воздуха выталкивается из тоннеля впереди поезда, а другая часть обтекает хвост поезда.

Втоннелях для ВСМ необходимо принимать во внимание нагревание воздуха от трения о наружные поверхности подвижного состава, а также теплоотдачу систем охлаждения ТЭД6 и систем кондиционирования. При большой скорости в ограниченном пространстве тоннеля может наблюдаться значительное повышение температуры воздуха. Указанное обстоятельство необходимо учитывать при проектировании вентиляционных систем тоннеля. Безопасная эксплуатация тоннеля и организация бесперебойного движения по ним обеспечивается принятием адекватных решений для понижения температуры.

Проектировщиками, строителями и эксплуатирующими организациями рассматривается, как основные, две группы возможных инцидентов, которые могут произойти при движении поездов в тоннелях:

1.Столкновение поездов

1.1.Лобовое;

1.2.Нагон одного поезда другим;

1.3.Разрушение элементов ЭПС в процессе движения, в т.ч. по причине воздействия злоумышленников.

Врезультате этих инцидентов происходит сход подвижного состава с рельсов и столкновение с конструкциями тоннеля.

6 Тяговый электродвигатель

25

Двухпутные тоннели менее безопасны чем однопутные для организации движения поездов. В двухпутных тоннелях при выходе подвижного состава за пределы габаритов своих путей велика опасность столкновения с ним подвижного состава, движущегося по встречному пути. Исходя из этого в последнее время тоннели для ВСМ сооружают, как правило, однопутными. При этом через определенные промежутки 50-200 м эти однопутные тоннели соединяют между собой аварийными переходами. Они позволяют в случае инцидента в одном из тоннелей обеспечить прибытие аварийно-спасательных команд по соседнему тоннелю и обеспечить эвакуацию из аварийной зоны. Часто на протяженных тоннелях устраивают дополнительный вспомогательный тоннель для эксплуатационных и ава- рийно-спасательных работ.

2.Возникновение пожаров в тоннелях

Вконструкциях вагонов и тоннелей используют специальные негорючие материалы, системы пожаротушения и вентиляции. В некоторых случаях на всем протяжении тоннеля вдоль путей устраивают высокую пассажирскую платформу.

Вкачестве наименее вероятных рассматриваются происшествия, вызванные техногенными и природными причинами. Обрушение сводов и стенок тоннеля, затопление тоннеля. Однако, они также не исключены и для их локализации используют системы дренажа, водоотведения, перекачивающие насосы и герметичные двери.

18.11.15

Особенности систем автоматики и телемеханики (ЖАТ) на ВСМ

Организация движения поездов с высокими скоростями предъявляет повышенные требования к системе ЖАТ на ВСМ. Это связано с тем, что система ЖАТ совместно с системой связи объединены на ВСМ в единую систему управления движением поездов (СУДП), которая должна обеспечивать следующие задачи:

1.Безопасность и комфорт пассажиров;

2.Выполнение графика движения поездов;

3.Надежное функционирование технических средств инфраструктуры и ПС.

Рисунок 11 – структура СУДП на ВСМ

26

СУДП состоит из двух подсистем:

1.Стационарная (неподвижная) – САСУ. В эту систему входят все аппараты и устройства, расположенные в диспетчерском центре управления ДЦУ, в станционных пунктах централизации СПЦ и в путевых пунктах концентрации ППК, расположенных вдоль трассы ВСМ.

2.Бортовая (подвижная) – БАСУ размещается непосредственно на подвижном составе.

Управление движением поездов обеспечивается БАСУ в автоматическом режиме с возможностью перехода на автоматизированное управление с участием машиниста.

Под автоматическим режимом понимается функционирование системы без вмешательства человека-оператора, за которым остаются только функции контроля и возможность принять на себя управление в любой момент при возникновении нештатных ситуаций.

При автоматизированном функционировании управленческие решения и подача команд в систему осуществляется человеком-оператором, а отдельные шаги выполняются устройствами автоматики после проверки корректности введенных команд.

Между БАСУ и ППК всегда поддерживается связь для обмена информацией. Вся информация о параметрах движения поездов, необходимая для функционирования ВСМ, концентрируется в ППК, а затем передается в диспетчерский центр управления (ДЦУ).

Координация управления составляющими подсистемами ВСМ осуществляется из ДЦУ.

ДЦУ концентрирует и управляет работой следующих устройств ВСМ:

1.Автоматическая блокировка с автоматической локомотивной сигнализацией (АЛСН), электрическая сигнализация стрелок и сигналов.

2.Тяговые подстанции, автотрансформаторные пункты и посты секционирования.

3.Информационные датчики мониторинга состояния железнодорожного пути, ИССО, охранной и пожарной сигнализации и др.

20.11.15

Существуют следующие особенности системы ЖАТ для ВСМ:

I. При больших скоростях движения теряет актуальность применение светофоров на перегонах. Поэтому на подвижном составе ВСМ применяется сигнализация на пульте машиниста.

II. На ВСМ не применяются традиционные рельсовые цепи в связи с наличием ряда недостатков:

1)Низкая надежность изолирующих стыков;

2)Неустойчивость режимов работы рельсовой цепи (в зависимости от погодных условий сильно изменяется сопротивление балластного слоя, что в свою очередь влияет на характер стекания токов);

3)Замыкание контура металлическим предметом, имитирующим ложную занятость перегона.

Вместо рельсовых цепей используют другие индикаторы занятости путей: 1) Бесконтактные датчики индуктивного типа;

27

2)Линии индуктивной связи, прокладываемые между рельсами;

3)Радионавигационные системы.

III. Сложность построения систем ЖАТ на ВСМ обусловлена необходимостью использования одного и того же подвижного состава на различных ВСМ,

оснащенных разными системами ЖАТ.

Для стыковки БАСУ подвижного состава с другими системами ЖАТ зачастую приходится иметь на нем одновременно несколько различных подсистем БАСУ.

В Европе с целью выработки единой концепции построения всех применяемых систем ЖАТ на железных дорогах различных стран с 1991 года разрабатывается и внедряется единая европейская система управления поездами ETCS – European Train Control System. Структура ETCS включает в себя следующие подсистемы:

1)EUROCAB;

2)EUROBALISE;

3)EURORADIO.

EUROCAB – бортовой комплекс (БАСУ) системы ETCS. Он представляет из себя бортовой комплекс, оснащенный приемо-передающим устройством для связи с САСУ и комплексом датчиков (до 3000 штук на одном поезде) контролирующих исправную работу всех систем поезда. Компьютер непрерывно выполняет вычисления необходимые для безаварийного движения поезда:

Допустимую скорость;

Длину тормозного пути;

Сравнение фактической и допустимой скоростей.

Подсистема EUROCAB может оснащаться датчиками спутниковых навигационных систем GPS, ГЛОНАСС.

EUROBALISE является стандартной аппаратурой передачи данных с поезда на путь и обратно. Основными элементами EUROBALISE являются линии (шлейфы) индуктивной связи и путевые точечные радиодатчики (балисы). Шлейф индуктивной связи укладывают на шпалах между рельсами вдоль трассы ВСМ. Они позволяют определять положение поезда. Шлейфы индуктивной связи имеют ряд недостатков:

1)Усложнение работы механизированных комплексов по обслуживанию пути;

2)Вандализм.

Балисы обеспечивают двусторонний обмен информацией с подвижным составом. Существуют балисы активные, требующие источник питания и пассивные, не требующие источник питания – работают в одностороннем режиме. Балисы могут передавать накопленную информацию в ДЦУ.

EURORADIO выполняет непрерывное управление движением поездов с применением аппаратуры многоканальной подвижной радиосвязи в т.ч. радионавигационных комплексов.

Диспетчерский центр по радиоканалу может получать от балисов данные о местоположении поезда и передавать на подвижной состав команды задания режима движения. Балисы в свою очередь по радиосвязи передают на поезд информацию о параметрах пути и о состоянии систем СЦБ. Радиосвязь поездов с ДЦУ может осуществляться напрямую минуя балисы.

28

25.11.15

Основные типы организации УДП в европейской системе управления высокоскоростным железнодорожным транспортом

В зависимости от оснащения участков устройствами ЖАТ система ETCS имеет три уровня.

Система первого уровня применяется на обычных железных дорогах (до 160 км/ч) с напольными светофорами, по показаниям которых могут обращаться поезда необорудованные системой ETCS.

Рисунок 12 – схема принципа регулирования движения поездов при ETCS первого уровня

РЦ определяют координаты поезда пределах блок-участка и передают ее в диспетчерский центр. ДЦ, имея информацию о положении всех поездов на линии, передает через балисы на каждый поезд заданный скоростной режим. Бортовой компьютер (БК) ЭПС на основе полученных данных осуществляет в непрерывном режиме вычисление точки начала торможения.

ETCS второго уровня используется на новых линиях, где обращаются только те поезда, которые оборудованы системой ETCS.

Рисунок 13 - схема принципа регулирования движения поездов при ETCS второго уровня

29

Для определения положения поезда применяются линии индуктивной связи и балисы Связь между ЭПС и ДЦ осуществляется напрямую через сеть стандарта GSM-R. Для этого вдоль трассы ВСМ устанавливаются радиомачты на расстоянии 5-10 км. Линии индуктивной связи передают информацию о положении поезда в ДЦ. Диспетчерский центр после обработки полученной информации передает по радиоканалу на ЭПС новые данные о скоростном режиме и положении впереди идущего поезда. БК вычисляет точку начала торможения. Через пассивные балисы (маркеры километров) ЭПС получают точную координату своего положения, что позволяет скорректировать вычисления БК.

При реализации системы третьего уровня не применяют линии индуктивной связи.

Рисунок 14 - схема принципа регулирования движения поездов при ETCS третьего уровня

Положение каждого поезда определяется на основе показаний радионавигационных систем и уточняется пассивными балисами. ДЦ определяет координаты всех поездов и передает обратно на ЭПС по радиоканалам.

Преимущество системы ETCS третьего уровня: отсутствие сложных пере-

гонных устройств СЦБ, которые требуют периодического обслуживания и ремонта.

Таким образом рассматриваемая система ETCS предусматривает единый подход к регулированию движения поездов на всех категориях железных дорог, что позволяет поездам ВСМ обращаться между магистралями различных стран Европы с возможностью безопасного выезда на обычные железные дороги.

Организация связи на ВСМ

На ВСМ к сетям связи предъявляют повышенные требования по качеству и объему предоставляемых услуг. Это связано, во-первых, с более высокими скоростями движения поездов, во-вторых, с более высоким уровнем комфорта для пассажиров, в-третьих, с более высоким уровнем электромагнитных помех. Для организации связи используют как проводную, так и беспроводную систему связи.

Сети проводной связи организуют кабелями и ВОЛС. Проводная связь подразделяется на два основных вида:

1) Общетехнологическая – для ведения служебных переговоров работников;

30