Минимальный радиус поворота железной дороги

Наименьший допустимый расчетный радиус осевой линии железнодорожных путей

Радиус 90 футов (27,43 м) на возвышении 4 фута  8 дюймов.+Стандартная колея Чикаго «L» 1/2 дюйма ( 1435  мм). Над этимперекресткомулиц нет места для более длинных радиусовнаперекресткеулицУэллсиЛейкв северо-западном углупетли.

Минимальный радиус кривой железной дороги — это наименьший допустимый расчетный радиус осевой линии железнодорожных путей при определенных условиях. Он оказывает важное влияние на затраты на строительство и эксплуатационные расходы и в сочетании с виражом (разница высот двух рельсов) в случае железнодорожных путей определяет максимальную безопасную скорость на повороте. Минимальный радиус поворота является одним из параметров при проектировании железнодорожных транспортных средств ^[1] , а также трамваев ; ^[2] На монорельсовые дороги и автоматизированные направляющие также распространяется минимальный радиус.

История

Первой настоящей железной дорогой была Ливерпульско-Манчестерская железная дорога , открывшаяся в 1830 году. Как и трамвайные дороги, предшествовавшие ей более ста лет, L&M имела пологие изгибы и уклоны . Причинами таких пологих поворотов является недостаточная прочность пути, который мог бы перевернуться, если бы повороты были слишком крутыми, что привело бы к сходу с рельсов. Чем плавнее повороты, тем лучше обзор, что повышает безопасность за счет повышения осведомленности о ситуации. Самые ранние рельсы были сделаны из коротких отрезков ^{кованого} железа , которое не гнулось, как более поздние стальные рельсы, представленные в 1850 ^{- х} годах.

Факторы, влияющие на минимальный радиус кривой

Минимальный радиус кривизны железных дорог определяется рабочей скоростью и механической способностью подвижного состава приспосабливаться к кривизне. В Северной Америке оборудование для неограниченного обмена между железнодорожными компаниями рассчитано на радиус 288 футов (87,8 м), но обычно как минимум используется радиус 410 футов (125,0 м), поскольку некоторые грузовые перевозки (грузовые вагоны) ) регулируются по специальному соглашению между железными дорогами, которые не могут принимать более резкий поворот. Для обработки длинных грузовых поездов предпочтительным является радиус минимум 574 фута (175,0 м). ^[3]

Самые крутые повороты, как правило, происходят на самых узких узкоколейных железных дорогах, где почти все оборудование пропорционально меньше. ^[4] Но стандартная колея также может иметь крутые повороты, если для этого построен подвижной состав, что, однако, лишает стандартизации преимущества стандартной колеи. Трамваи могут иметь радиус поворота менее 100 футов (30,5 м).

Паровозы

По мере роста потребности в более мощных паровозах росла и потребность в большем количестве ведущих колес на более длинной фиксированной колесной базе. Но длинная колесная база плохо справляется с поворотами небольшого радиуса. Различные типы сочлененных локомотивов (например, Mallet , Garratt & Meyer ) были разработаны, чтобы избежать необходимости эксплуатировать несколько локомотивов с несколькими бригадами.

У более поздних дизельных и электровозов нет проблем с колесной базой, поскольку они имеют гибкие тележки , а также их можно легко эксплуатировать в нескольких группах одной бригадой.

• Класс К Тасманских государственных железных дорог был
  • Колея 610 мм ( 2 фута )
  • Кривые радиусом 99 футов (30 м)
• Пример Гарратта
  • 1000 мм ( 3 фута  3+3/8  дюйма) метра _ _
  • Рельсы 25 кг/м (50,40 фунта/ярд)
  • Радиус основной линии - 175 м (574 фута)
  • Радиус разъезда - 84 м (276 футов) ^[5]
• 0-4-0
  • немецкий класс 209
  • 1435 мм ( 4 фута  8+1 ⁄ дюйма  ) стандартного калибра

Муфты

Не все муфты подходят для очень коротких радиусов. Это особенно справедливо в отношении европейских буферов и цепных сцепок , в которых буферы увеличивают длину кузова вагона. Для линии с максимальной скоростью 60 км/ч (37 миль в час) буферно-цепные сцепки увеличивают минимальный радиус примерно до 150 м (164 ярда; 492 фута). Поскольку узкоколейные железные дороги , трамваи и системы скоростного транспорта обычно не пересекаются с магистральными железными дорогами, на некоторых типах железных дорог в Европе часто используются безбуферные центральные сцепки и они строятся в соответствии с более жесткими стандартами.

Длина поездов

Длинный тяжелый грузовой поезд, особенно с вагонами смешанной загрузки, может испытывать затруднения на поворотах короткого радиуса, поскольку силы тягового устройства могут срывать с рельсов промежуточные вагоны. Общие решения включают в себя:

• сортировочный свет и пустые вагоны в хвосте поезда
• промежуточные локомотивы, в том числе с дистанционным управлением
• кривые замедления
• пониженные скорости
• уменьшен кант (вираж) за счет скорых пассажирских поездов
• больше, короткие поезда
• выравнивание загрузки вагонов (часто применяется в единичных поездах )
• лучшая подготовка водителей
• органы управления движением, которые отображают силы буксировки
• Пневматические тормоза с электронным управлением

Аналогичная проблема возникает при резких изменениях уклонов (вертикальных кривых).

Скорость и наклон

Когда тяжелый поезд на скорости проходит поворот, реактивная центробежная сила может вызвать негативные последствия: пассажиры и груз могут испытывать неприятные воздействия, внутренние и внешние рельсы будут изнашиваться неравномерно, а недостаточно закрепленные пути могут сдвинуться с места. ^{[ сомнительно ]} Чтобы противостоять этому, используется косяк (вираж). В идеале поезд должен быть наклонен так, чтобы результирующая сила действовала вертикально вниз через нижнюю часть поезда, чтобы колеса, путь, поезд и пассажиры практически не ощущали боковую силу («вниз» и «вбок» даны по отношению к плоскость пути и поезда). Некоторые поезда способны наклоняться , чтобы усилить этот эффект и обеспечить комфорт пассажиров. Поскольку грузовые и пассажирские поезда движутся с разной скоростью, бруст не может быть идеальным для обоих типов железнодорожного движения.

Зависимость между скоростью и наклоном можно рассчитать математически. Начнем с формулы уравновешивающей центростремительной силы : θ — угол, на который поезд наклоняется из-за наклона, r — радиус поворота в метрах, v — скорость в метрах в секунду, а g — стандартная сила тяжести , примерно равна 9,81 м/с²:

${\displaystyle \tan \theta ={\frac {v^{2}}{gr}}}$

Перестановка r дает:

${\displaystyle r={\frac {v^{2}}{g\tan \theta }}}$

Геометрически tan θ может быть выражен (с использованием приближения малого угла ) через ширину колеи G , наклон h _a и недостаток наклона h _b , все в миллиметрах:

${\displaystyle \tan \theta \approx \sin \theta ={\frac {h_{a}+h_{b}}{G}}}$

Это приближение для tan θ дает:

${\displaystyle r={\frac {v^{2}}{g{\frac {h_{a}+h_{b}}{G}}}}={\frac {Gv^{2}}{g(h_{a}+h_{b})}}}$

В этой таблице приведены примеры радиусов кривых. Значения, используемые при строительстве высокоскоростных железных дорог, различаются и зависят от желаемого уровня износа и безопасности.

Трамваи обычно не имеют наклона из-за низкой скорости. Вместо этого они используют внешние канавки рельсов в качестве ориентира на крутых поворотах.

Кривые перехода

Кривая не должна сразу становиться прямой, а должна постепенно увеличиваться в радиусе с течением времени (расстояние около 40–80 м для линии с максимальной скоростью около 100 км/ч). Еще хуже, чем кривые без перехода, являются обратные кривые без промежуточного прямого пути. Вираж также должен быть переходным . Более высокие скорости требуют более длительных переходов.

Вертикальные кривые

Когда поезд преодолевает поворот, сила, действующая на путь, меняется. Слишком крутой поворот «гребня» может привести к тому, что поезд сойдет с пути и упадет под него; слишком узкий «корыто», и поезд упадет на рельсы и повредит их. Точнее, опорная сила R , действующая на путь поезда, как функция радиуса кривой r , массы поезда m и скорости v , определяется выражением

${\displaystyle R=mg\pm {\frac {mv^{2}}{r}}}$

второй член положителен для впадин и отрицателен для гребней. Для комфорта пассажиров отношение ускорения свободного падения g к центростремительному ускорению v ² /r должно быть как можно меньшим, иначе пассажиры будут ощущать большие изменения в своем весе.

Поскольку поезда не могут подниматься по крутым склонам, им практически не приходится преодолевать значительные вертикальные повороты. Однако высокоскоростные поезда обладают достаточной мощностью, поэтому крутые склоны предпочтительнее пониженной скорости, необходимой для прохождения горизонтальных поворотов вокруг препятствий, или более высоких затрат на строительство, необходимых для прокладки туннелей или мостов через них. High Speed ​​1 (участок 2) в Великобритании имеет минимальный радиус вертикальной кривой 10 000 м (32 808 футов) ^[6] , а High Speed ​​2 с более высокой скоростью 400 км/ч (250 миль в час) предусматривает гораздо больший радиус 56 000 м. (183 727 футов) радиусы. ^[7] В обоих случаях наблюдаемое изменение веса составляет менее 7%.

Железнодорожные вагоны также рискуют получить низкий зазор на вершинах узких гребней.

Проблемные кривые

• Австралийский Standard Garratt имел безфланцевые ведущие ведущие колеса, которые имели тенденцию сходить с рельсов на крутых поворотах.
• Крутые повороты на линии Порт-Огаста — Хоукер Южно-Австралийских железных дорог вызвали проблемы со сходом с рельсов, когда были введены более крупные и тяжелые локомотивы X-класса , что потребовало перестройки для облегчения поворотов. ^[8]
• 5-цепные (101 м; 330 футов) кривые на линиях Оберон , Бэтлоу и Дорриго , Новый Южный Уэльс ограничил паровозы классом 0-6-0 19 .

Список выбранных минимальных радиусов кривой

Смотрите также

• Угол отрыва
• Категория:Сочлененные локомотивы
• Степень кривизны , гражданское строительство
• Устройство бокового движения
• Самые длинные поезда
• Матеран Хилл Железная дорога
• Радиус
• Радиус кривизны (применение) ^[17]
• Проектирование железнодорожных систем
• Отслеживать кривую перехода
• Радиус поворота

Рекомендации

1. «Путеводитель по вагонам». World Trade Ref – ваш универсальный ресурс торговой информации . Архивировано из оригинала 31 октября 2011 г.
2. «Канадский легкорельсовый транспорт (CLRV) - Транзит Торонто - Содержание» . www.transistoronto.ca .
3. Циглер, Ханс-Иоахим (28 октября 2005 г.). «Итоги истории железных дорог». Маршрут Шаста: соединяющий Орегон и Калифорнию пассажирской железной дорогой. п. 13 . Проверено 5 декабря 2018 г.
4. Jane's World Railways 1995-1996, стр.728
5. "Метровый калибр Бейера-Гарратта 4-8-4 + 4-8-4" . www.garrattmaker.com .
6. http://www.whatdotheyknow.com/request/24986/response/79568/attach/3/HS1%20Section%202%20Register%20of%20Infrastructure.pdf - страница 19
7. http://highspeedrail.dft.gov.uk/sites/highspeedrail.dft.gov.uk/files/hs2-route-engineering.pdf - страница 4.
8. История австралийских железных дорог , сентябрь 2008 г., стр. 291.
9. Пол Гарбутт (1997). "Факты и цифры". Мировые системы метрополитена . Столичный транспорт. стр. 130–131. ISBN 1-85414-191-0.
10. Railway Gazette International , март 2012 г., стр. 23.
11. «Краткий обзор WMATA - Уровень производительности железнодорожных вагонов для проектирования и моделирования» (PDF) . ВМАТА. 13 октября 2013 г. Архивировано из оригинала (PDF) 14 января 2016 года . Проверено 15 октября 2014 г.
12. «Исследование расширения системы Metromover» (PDF) . Майами-Дейд МПО. Сентябрь 2014 г. Архивировано из оригинала (PDF) 14 февраля 2015 г. Проверено 13 февраля 2015 г.
13. Railway Gazette International , июль 2012 г., стр. 18.
14. "Характеристика линии". ВКД (на польском языке).
15. Поезда: Ранние годы, стр. 51, HF Ullmann, Getty Images, ISBN 978-3833-16183-4 
16. Легкорельсовый транспорт теперь трамвай RTA Нового Орлеана / Бруквилля
17. Суперэвация

Внешние ссылки

• Хилтон, Джордж В.; Причитается Джону Фицджеральду (1 января 2000 г.). Электрические междугородные железные дороги в Америке. Издательство Стэнфордского университета. ISBN 978-0-8047-4014-2. Проверено 10 июня 2014 г.