Брус (автомобильный и железнодорожный)

Скорость изменения высоты между двумя рельсами или краями дороги

Кант на велодроме

Наклон железнодорожного пути или развал дороги (также называемый виражом , поперечным уклоном или поперечным падением ) — это скорость изменения возвышения (высоты) между двумя рельсами или краями дороги. Обычно она больше там, где железная дорога или дорога изогнуты; подъем внешнего рельса или внешнего края дороги создает наклонный поворот , таким образом позволяя транспортным средствам двигаться по кривой с большей скоростью, чем это было бы возможно, если бы поверхность была ровной.

Железнодорожный

Наклон на изгибе линии Нюрнберг-Ингольштадт

Устройство смазки гусеницы на обратной кривой в зоне, подверженной движению из-за мокрого слоя

На железных дорогах наклонный угол помогает поезду проходить повороты, не давая ребордам колес касаться рельсов, сводя к минимуму трение, износ и визг рельсов .

Основными функциями канта являются:

• Улучшить распределение нагрузки по обоим рельсам
• Уменьшение износа рельсов и колес
• Нейтрализовать действие боковых сил
• Повышение комфорта пассажиров

Поезд серии 257 на S-образной кривой в июне 2018 года, демонстрирующий эффект подъема железной дороги

Необходимый наклон в кривой зависит от ожидаемой скорости поездов и радиуса . Однако может возникнуть необходимость выбрать компромиссное значение во время проектирования, например, если медленно движущиеся поезда могут иногда использовать пути, предназначенные для высокоскоростных поездов .

Обычно цель состоит в том, чтобы поезда двигались без контакта фланца , что также зависит от профиля шин колес. Необходимо учитывать разные скорости поездов. Более медленные поезда будут стремиться к контакту фланца с внутренним рельсом на кривых, в то время как более быстрые поезда будут стремиться выехать наружу и войти в контакт с внешним рельсом. Любой контакт вызывает износ и может привести к сходу с рельсов . Многие высокоскоростные линии не допускают более медленные грузовые поезда, особенно с более тяжелыми осевыми нагрузками . В некоторых случаях воздействие уменьшается за счет использования смазки фланца .

В идеале шпалы на пути должны располагаться на меньшем расстоянии друг от друга, а толщина балласта должна быть больше , чтобы компенсировать возросшие силы, возникающие на кривой.

На концах кривой величина наклона не может мгновенно измениться от нуля до максимума. Она должна изменяться (наклоняться) постепенно в кривой перехода пути . Длина перехода зависит от максимально допустимой скорости; чем выше скорость, тем большая длина требуется.

Для Соединенных Штатов, где стандартный максимальный несбалансированный вираж составляет 75 мм (3 дюйма), формула выглядит следующим образом:

${\displaystyle v_{max}={\sqrt {\frac {E_{a}+3}{0.00066d}}}}$

где — угол возвышения в дюймах, — кривизна пути в градусах на 100 футов, — максимальная скорость в милях в час. ${\displaystyle E_{a}}$ ${\displaystyle d}$ ${\displaystyle v_{max}}$

Максимальное значение возвышения рельса (высота внешнего рельса над внутренним рельсом) для железной дороги стандартной колеи составляет приблизительно 150 мм (6 дюймов). ^{[ требуется ссылка ]} Для высокоскоростных железных дорог в Европе максимальное возвышение рельса составляет 180 мм (7 дюймов), когда движение медленных грузовых поездов запрещено. ^[1]

Несбалансированный подъем рельсов ( дефицит возвышения рельсов ) в Соединенных Штатах ограничен 75 мм (3 дюйма), хотя 102 мм (4,0 дюйма) допускается по отступлению. Максимальное значение для европейских железных дорог варьируется в зависимости от страны, некоторые из них имеют кривые с более чем 280 мм (11 дюймов) несбалансированного подъема рельсов, что позволяет осуществлять высокоскоростную перевозку. Самые высокие значения применяются только для наклоняющихся поездов , поскольку это было бы слишком неудобно для пассажиров в обычных вагонах. ^[2]

Физика наклона рельса

В идеале величина наклона , учитывая скорость поезда, радиус кривизны и ширину колеи, соотношение ${\displaystyle E_{a}}$ ${\displaystyle v}$ ${\displaystyle r}$ ${\displaystyle w}$

${\displaystyle v^{2}={\frac {E_{a}rg}{\sqrt {w^{2}-E_{a}^{2}}}}\approx {\frac {E_{a}rg}{w}}}$

должно быть выполнено с гравитационным ускорением. Это просто следует из баланса между весом, центробежной силой и нормальной силой. В приближении предполагается, что наклон мал по сравнению с шириной колеи пути. Часто бывает удобно определить несбалансированный наклон как максимально допустимое дополнительное количество наклона, которое потребуется поезду, движущемуся быстрее скорости, на которую наклон был рассчитан, устанавливая максимально допустимую скорость . В формуле это становится ${\displaystyle g}$ ${\displaystyle E_{u}}$ ${\displaystyle v_{max}}$

${\displaystyle v_{max}\approx {\sqrt {\frac {(E_{a}+E_{u})rg}{w}}}={\sqrt {\frac {(E_{a}+E_{u})g}{dw}}}}$

с кривизной пути, которая также является поворотом в радианах на единицу длины пути. ${\displaystyle d=1/r}$

В Соединенных Штатах максимальная скорость регулируется определенными правилами. При заполнении и коэффициентов перевода для общепринятых единиц США максимальная скорость поезда на криволинейном пути для заданного дефицита возвышения или несбалансированного виража определяется по следующей формуле: ${\displaystyle g=32.17\,\mathrm {ft/s^{2}} }$ ${\displaystyle w=56.5\,\mathrm {in} }$

${\displaystyle v_{max}\approx {\frac {3600}{63360}}{\sqrt {\frac {32.17\cdot 12(E_{a}+E_{u})}{56.5\cdot d{\frac {\pi }{1200\cdot 180}}}}}\approx {\sqrt {\frac {E_{a}+E_{u}}{0.00066d}}}}$

с и в дюймах, степень кривизны в градусах на 100 футов и в милях в час. ${\displaystyle E_{a}}$ ${\displaystyle E_{u}}$ ${\displaystyle d}$ ${\displaystyle v_{max}}$

Примеры

В Австралии Австралийская железнодорожная корпорация увеличивает скорость на поворотах радиусом более 800 метров (2625 футов), заменяя деревянные шпалы бетонными, чтобы можно было увеличить угол наклона. ^[3]

Рельсовый брус

Сами рельсы теперь обычно наклонены внутрь примерно на 5–10 процентов.

В 1925 году около 15 из 36 крупных американских железных дорог переняли эту практику. ^[4]

Дороги

На жилых улицах часто встречаются более крутые уклоны или выступы, из-за которых вода стекает в водосточную канаву.

В гражданском строительстве наклон часто называют поперечным уклоном или развалом. Он помогает отводить дождевую воду с поверхности дороги. Вдоль прямых или слегка изогнутых участков середина дороги обычно выше краев. Это называется «нормальным уклоном» и помогает сбрасывать дождевую воду с обочин дороги. Во время дорожных работ, которые включают участки временной проезжей части, уклон может быть противоположным нормальному — например, с более высоким внешним краем — что заставляет транспортные средства наклоняться в сторону встречного транспорта. В Великобритании это обозначается на предупреждающих знаках как «неблагоприятный развал».

На более крутых поворотах внешний край кривой приподнят или вираж , чтобы помочь транспортным средствам на повороте. Величина виража увеличивается с его расчетной скоростью и с крутизной кривой.

Вне развала

Поворот с отклонением влево (дорожный знак Великобритании)

Поворот с отрицательным развалом описывается как противоположность повороту с наклоном или повороту с отрицательным креном, который ниже на внешней стороне поворота, чем на внутренней. ^{[5] [6]} Опытные водители одновременно боятся и приветствуют повороты с отрицательным развалом. ^{[7] [8]} Умение управлять ими является основным фактором в умелом управлении транспортным средством, как одноколейным, так и автомобильным; как транспортными средствами с двигателем, так и с приводом от человека; как на закрытых трассах, так и за их пределами; и на асфальтированных поверхностях, и за их пределами. ^{[ необходима ссылка ]}

На гоночных трассах они являются одним из немногих инженерных факторов, имеющихся в распоряжении проектировщика трассы, чтобы бросить вызов и проверить навыки водителей. ^[9] Повороты с отклонением от траектории были описаны в руководстве по обучению будущих гонщиков как «самые сложные повороты, с которыми вы столкнетесь» на трассе. ^[10] Многие известные трассы, такие как Riverside International Raceway, сочетают повороты с отклонением от траектории с подъемом и поворотами с линками для дополнительного испытания водителей. ^[11]

На улице они являются отличительной чертой некоторых из самых известных в мире асфальтированных дорог, таких как «Dragon» (US 129) через Дилс Гэп ^[12] и «Diamondback» (NC 226A) в Северной Каролине ^{[13] ,} Route 78 в Огайо ^{[14] ,} Route 125 в Пенсильвании ^[15], Route 33 в Калифорнии ^[16] и Betws-y-Coed Triangle в национальном парке Сноудония в Уэльсе ^[17] .

Для горных велосипедистов и мотоциклистов на трассах и грунтовых дорогах повороты с отклонением от траектории также представляют сложность и могут быть как специально спроектированной особенностью трассы, так и естественной особенностью одноколейных трасс. ^{[18] [19] [20] [21]} В велокроссе участки с отклонением от траектории очень распространены, поскольку трассы извиваются вокруг хребтов, что добавляет сложности.

Прогиб на виртуальных гоночных трассах тщательно контролируется гоночными симуляторами видеоигр для достижения желаемого дизайнером уровня сложности. ^[9]

Смотрите также

• Поворот с наклоном
• Угол развала
• Профилограф
• Наклонный поезд

Ссылки

1. 2002/732/EC. *, Решение Комиссии от 30 мая 2002 г. относительно Технической спецификации по совместимости
2. Цирке, Ханс-Йоахим. "Сравнение улучшений должно учитывать разницу в скоростях на кривых" . Получено 10 апреля 2008 г.
3. "Север-Юг – стратегия роста Инвестиции Крейвена в размере 421,6 млн австралийских долларов для коридора Сидней-Брисбен" (PDF) . Ссылки (11). Август 2005 г. Архивировано из оригинала (PDF) 29 сентября 2009 г. . Получено 22 ноября 2012 г. Будет проведена замена бетонных шпал на всех кривых радиусом менее 810 метров с использованием около 220 000 шпал для увеличения дефицита наружного рельса и виража, что позволит увеличить скорость поездов и еще больше сократить время в пути.
4. ""KNOCK-KNEED" RAILS". The Queenslander . 7 февраля 1925 г. стр. 9. Получено 20 ноября 2011 г. – через Национальную библиотеку Австралии.
5. Радлауэр, Эд (1973), Motorcyclopedia, Bowmar, стр. 46, ISBN 9780837208855, Поворот вне прогиба: Поворот вне прогиба является противоположностью повороту с наклоном. Он ниже снаружи поворота, чем внутри.
6. Бентли, Росс (1998). Секреты скорости. Motorbooks. стр. 78. ISBN 978-0760305188.
7. Майк Спинелли (26 июля 2013 г.), «Самые быстрые повороты в Моспорте — это повороты с отклонением от уклона, спуски и слепые», /Drive , архивировано из оригинала 12 октября 2015 г.
8. Фрэнк Страуз, «Шоссе штата 112 – Вашингтон», Motorcycleroads.us , Screaming Eagle Web Solutions, Крутые повороты и несколько крутых поворотов делают эту дорогу восхитительной.
9. Люк Макмиллан (6 сентября 2011 г.), «Рациональный подход к проектированию трасс для гоночных игр», Gamasutra
10. Кентон Кох (2013), «Кентон Кох о вождении на технических поворотах», Mazdaspeed Motorsports Development , Mazda North American Operations, архивировано из оригинала 2016-03-04 , извлечено 2014-11-27 , Повороты с отклонением от оси: эти повороты — самые сложные повороты, с которыми вам придется столкнуться...
11. Ван Валкенберг, Пол (октябрь 1983 г.), «Что на самом деле там?», Road & Track , 35 : 67–69, Riverside International Raceway — хороший пример трассы, на которой нет изолированных поворотов, описанных в учебниках: каждый поворот либо объединен с другим, либо наклонен, имеет уклон, поднимается или опускается.
12. Darryl Cannon (25 сентября 2012 г.), «Deals Gap Revealed—Tail of the Dragon», Super Streetbike , архивировано из оригинала 24 февраля 2020 г. , извлечено 26 ноября 2014 г. , [Один из] двух худших поворотов — «Guardrail cliff», резкий левый скос...
13. Скот Дж. Марбургер (2011), Лучшие дороги для мотоциклистов: Глубокий Юг, Gunsmoke Engineering
14. Грег Харрисон (июль 2001 г.), «По дорогам, похожим на американские горки, по следам истории», American Motorcyclist : 31–32, [Он] предлагает все типы поворотов — крутые повороты с небольшим уклоном, свип-впадины и эссе, которые заставляют меня перебираться с одной стороны мотоцикла на другую, пока моя нога ищет нужную передачу.
15. Миллер, Роберт Х. (2010) [1997]. "PA125 – Рептильный тур по лучшей дороге Пенсильвании". В Backroad Bob; Роберт Х. Миллер (ред.). Мотоциклетные дорожные путешествия (т. 14) Дороги и придорожные дома – гастрономический тур. т. 14. стр. 4. ISBN 9781452460512. Трасса, которая петляет по шести горным перевалам, меняет высоту на тысячу футов, не давая покоя уменьшающимся радиусом, крутым поворотам, слепым и крутым поворотам.
16. Джон Пирли Хаффман (28 июня 2013 г.), «10 лучших автопутешествий на Четвертое июля: великолепные места и великолепные дороги, по которым можно туда добраться», Edmunds.com , Маршрут 33 включает в себя все. Он проходит через горы Санта-Инес и ныряет в долину Куяма неумолимо интересными способами. Это включает в себя перепады высот в середине поворота, внепрогибные шпильки, суживающиеся радиусные свиперы и прямые, достаточно длинные, чтобы достичь предельной скорости. Это 72 мили чистого развлечения.
17. Лучшие в мире маршруты для мотоциклистов, MCE Insurance
18. «Прохождение поворотов вне прогиба на подъеме с Эндрю Шортом – Профессиональные секреты – Журнал Dirt Rider», Dirt Rider , 21 июля 2009 г.
19. Продвинутые методы езды на горном велосипеде с прогибом
20. Стив Гилл; Робин Китчин; Грег Минаар (2001). Полное руководство по горному велосипеду. Globe Pequot. стр. 57. ISBN 9781585743032.^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
21. Эндрю Тревитт (3 октября 2011 г.), «Серия о навыках езды: прогиб и подъем — использование обоих факторов в своих интересах», Sport Rider

Дальнейшее чтение

• Босворт, Брайан; Сандерс, Майкл (2003). Destination Highways: Washington. Ванкувер, Британская Колумбия: Twisted Edge Publishing. ISBN 978-0968432815.— учитывает развал при оценке проектирования дорог, один из шести числовых факторов, смоделированных для определения желательности для мотопутешествий