Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) заключило контракт с корпорацией Northrop Grumman на разработку концепции сети железных дорог на Луне. Это соглашение подписано в рамках программы по изучению возможностей лунной архитектуры на ближайшие годы (LunA-10).
Northrop Grumman должна предложить структуру железной дороги, используемые интерфейсы и ресурсы. Она составит список прогнозируемых затрат, технологических и логистических рисков, а также разработает прототипы для оценки разных концепций. Кроме того, Northrop Grumman предстоит показать, можно ли построить такую сеть только с использованием роботов, и предусмотреть возможность обслуживания и ремонта инфраструктуры.
Говорить о реализации такого проекта в ближайшее время пока преждевременно. Однако в DARPA уверены, что когда необходимость в транспортном обслуживании будущих лунных баз возникнет, отрасль должна быть к этому готова.
Железнодорожный транспорт в России является основным межрегиональным видом перевозок, протяженность железнодорожных путей составляет впечатляющие 122 000 километров.
Контроль состояния такой обширной транспортной системы является непростой задачей, особенно если учесть визуальный осмотр железнодорожного полотна. Тем не менее, специалисты из государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" в Санкт-Петербурге смогли решить эту проблему. Они разработали специальный контрольный комплекс, который позволяет определять состояние железнодорожного полотна – наличие вмятин и трещин – без необходимости визуального осмотра.
Стандартная процедура обнаружения дефектов на рельсах включает использование диагностических вагонов с камерами видеофиксации высокого разрешения. При обнаружении дефектов на записях видео отправляется рабочий для подтверждения (с проведением замеров) или опровержения наличия выявленного дефекта. Эта схема надежна, но очень затратна как по времени, так и финансово, а также зимой часто ограничена из-за снегопадов.
В свою очередь, ученые из "ЛЭТИ" решили подойти к проблеме с другой стороны. Они создали комплекс на базе акселерометров, которые измеряют колебания на диагностируемых участках железнодорожных путей. Такая система определяет вибрации, характерные для поврежденных участков полотна. Новый комплекс уже был сравнен с классическим методом диагностики железнодорожных путей и показал высокую точность измерений. Об этом рассказал Роман Шалымов, доцент кафедры лазерных измерительных и навигационных систем (ЛИНС):
"Мы улучшили существующие методы обнаружения внешних и внутренних повреждений, разработали модели для выявления поврежденных участков и алгоритм, который может прогнозировать развитие поломок с помощью инерциальных датчиков. В перспективе разработанный комплекс может способствовать повышению безопасности, энергоэффективности железнодорожных перевозок и, как следствие, снижению их стоимости."
Поезд на Якутской железной дороге. Источник: Яндекс-картинки
Сегодня, вновь, хотелось бы поговорить о логистике в нашей стране. Как мы писали ранее, страна наша из страны с репутацией плохих дорог, постепенно становится в один ряд со странами, в которых идет реализация мегапроектов в сфере логистики и транспорта. Конечно, кто-то скажет, что в далеком селе все еще не проведена асфальтированная дорога, а лишь есть, в лучшем случае, дорога с щебеночным покрытием. И, конечно, он будет прав. Но, нужно признать тот факт, что без реализации огромным проектов, нельзя сделать и мелкие проекты. Ведь зачастую, чтобы нормально добраться до некоторых районов нашей необъятной Родины, действительно, необходимо прокладывать дороги с нуля.
Так произошло и с якутской железной дорогой. Долгие годы, этот богатый ресурсами и талантливыми, работящими людьми край не имел банального железнодорожного сообщения. Но за последние 20 лет этот вопрос решен, и столица Якутии - город Якутск имеет железнодорожное сообщение с большой землей. Конечно, мост через реку Лена еще не построен, но тем не менее, крупный железнодорожный логистический узел на правом берегу реки Лены недалеко от Якутска (Нижний Бестях) создан и, надеемся, что создание железнодорожного моста, который уже точно прочно свяжет Якутск с железной дорогой - не за горами. В этом случае, ж/д вокзал будет построен, непосредственно, в самом городе Якутске.
Но сегодня, хотелось бы затронуть более дальние рубежи нашей страны. Магаданская область долгое время была "золотой житницей" нашей страны, но область так и не связана прочно с "большой", не считая, Колымский тракт, который, в свою очередь, является автомобильной дорогой. Это значит, что определенное время года и сезон дорога становится опасной для ее пересечения или просто непроходимой, особенной в ее горных участках на востоке Якутии и западе Магаданской области. Кроме того, в той же Магаданской области до распада СССР жило более полумиллиона человек, теперь же, чуть более 140 тысяч человек.
Ж/д вокзал Нижний Бестях. Источник: Яндекс-картинки
Конечно, причин того, что население сократилось более, чем в 3 раза за 30 последних лет очень много. И одной из таких, конечно же, является логистический тупик. В области много сел и поселков городского типа, которые просто покинуты своими жителями. Конечно же, отсутствие полноценной железной дороги - делает дорогими логистику и доставку товаров первой необходимости, промышленных товаров и вывоз добываемой в области продукции. Конечно, можно всю логистику переложить на плечи судоходства по Охотскому морю, но тем не менее. Железнодорожное сообщение тут жизненно необходимо.
Не обойдем стороной и Камчатский край, который вообще, чуть ли не самый, как у нас говорят, находится "на отшибе". Транспортная доступность Камчатского края, как для внутренних перевозок и логистики, так и для других российских регионов - оставляет желать лучшего. Есть, только либо авиатранспорт, либо сообщение по морю и, частично, по рекам. И тут, Камчатский край так же, за 30 лет потерял чуть ли не половину населения - было около 500 тысяч, а сейчас - менее 300 тысяч человек. Данный тренд нужно менять. Как мы понимаем, выходом, может стать транспортная доступность региона. Тем более, регион очень красивый, привлекательный с туристической точки зрения и богат полезными ископаемыми.
Якутская железная дорога. Источник: Яндекс-картинки
И из всего этого вытекает очень интересная тема. Дело в том, что строительство железной дороги из Якутии на Камчатку через Магаданскую область - стало бы ключом к финансовому благополучию целых трех огромных регионов России. Дело в том, что строительство, так называемой Ленско-Камчатской магистрали могло бы помочь в развитии данных регионов. Отдаленные районы получили бы доступ к дешевому виду транспорта. Отсюда бы подешевели бы конечные цены на всевозможные товары, доставляемые в эти регионы и сами товары, вывозимые оттуда. Скажем так, что в зимний период изменилась бы логистика доставки товаров, она бы просто изменилась бы до неузнаваемости. Ведь, сегодня, зачастую, доставка, даже в восточные регионы Якутии идет только по Колымскому тракту, который очень опасен в любой период года.
Естественно, что такие планы прорабатываются и в самых "верхах" нашей страны. Как мы понимаем, что пока что до Магадана, что верно. Ведь, в ближайшей перспективе было бы неплохо связать, хотя бы этот город с "большой землей". Но вот строительство железной дороги до города Петропавловска-Камчатского - немного затруднителен, так как есть Камчатка является полуостровом и несколько обособлен от остальной части страны природными барьерами, вроде гор и рек, так что, тут придется постараться и построить множество мостов, тоннелей и, может быть, даже Пенжинскую ПЭС (приливную станцию). По замыслу ученых, железная дорога пройдет через плотину Пенжинской ПЭС в самом узком месте Пенжинской губы, что расположена на стыке полуострова Камчатка и "большой земли".
Примерный план соединения Якутска и Магадана железной дорогой по северному маршруту. Источник: Яндекс-картинки
Подметим, что маршрут строительства железной дороги из Якутска до Магадана имеет более четкие рамки. Всего есть два плана по строительству этой дороги. Задумки были показаны еще в 2009 году. Первым является северный, но в то же время, менее предпочтительный, маршрут, так как тут дорога будет проходить через очень суровые природные условия. Это, в основном крупные реки, например, Алдан и Индигирка, а также горные хребты Сунтар-Хаята, Черского, Майманджинский и Оймяконское нагорье. Все это будет предполагать строительство множества мостов, тоннелей и будет пролегать через населенные пункты Усть-Нера или же Томтор и далее на Сусуман.
Второй, южный: от Якутска до Усть-Маи далее вдоль долин рек Маи и Юдомы, затем к Охотску. От Охотска по побережью Охотского моря к Магадану. Здесь, также нужно будет строить мосты, скорее всего, тоннели, но все же, меньше, чем через маршрут, который должен быть севернее. Но по данному маршруту расположено меньше населенных пунктов, чем по северному. Но тем не менее, если будет дано "добро" на постройку железной дороги, то последнее слово будет за "самым верхом" - решат там как пройдет маршрут, конечно после совета с учеными и инженерами.
Примерный план соединения Якутска, Магадана и Петропавловска-Камчатского железной дорогой по южному маршруту. Источник: Яндекс-картинки
Как мы понимаем, каким бы не был маршрут, данные регионы необходимо присоединить к общероссийской транспортной сети. Нет никаких сомнений, что все эти инфраструктурные проекты будут реализованы, ведь их стратегическая значимость настолько огромная для развития всей России, а Дальний Восток, как мы понимаем, нуждается в этом, уже в ближайшие годы. Конечно же, финансовая составляющая будет решена, а проекты себя все равно окупят, ведь все это будет строиться для общего процветания всей России. Ну и, напоследок, хотелось бы узнать ваше мнение на этот счет в комментариях.
Если Вам понравилась статья - поставьте лайк. Много наших материалов вы найдете на нашем сайте. Будем рады, если вы его посетите. Ваша подписка очень важна нам: Пикабу, канал в Телеграмм, сообщество в ВК, а также сообщество в Пикабу "Все о космосе". Всё это помогает развитию нашего проекта "Журнал Фактов".
Многим известны рельсовые автобусы Мытищинского завода Метровагонмаш моделей РА-1, РА-2 и РА-3. Первый опытный вагон РА-1 был выпущен заводом в 1997 году. До этого завод выпускал различные вагоны на электротяге: вагоны метро, а ранее электропоезда, трамваи. Но чтобы с двигателями внутреннего сгорания — нет, не слышали. Хотя...
Автомотриса Мытищинского завода, фото примерно 1912-1913гг
Оказывается, до революции автомотрисы завод всё-таки выпускал, причём серийно. Более того: это были единственные представители тягового подвижного состава с двигателями внутреннего сгорания в дореволюционной России! То есть наш завод был пионером по внедрению ДВС на российских железных дорогах! Но блин вышел комом.
Что нам известно об этой мотрисе? Немного. Их выпустили всего 7 штук в 1912-1914 годах. Одну в 1912, две в 1913 и четыре в 1914. Мотриса была спроектирована для пригородного движения на Московско-Казанской железной дороге.
Основные размеры мотрисы Мытищинского завода
На автомотрисах был установлен шестицилиндровый керосиновый двигатель «Дойц» (Deutz), развивавший при частоте вращения вала 700 об/мин мощность 100 л.с.; диаметр цилиндров составлял 170 мм, ход поршня – 180 мм. Связь между двигателем и колёсными парами осуществлялась при помощи электрической передачи, оборудование для которой было изготовлено фирмами AEG и Бергман и состояло из генератора постоянного тока мощностью 90-115 кВт с максимальным рабочим напряжением 500 В и двух тяговых электродвигателей мощностью по 40 или 48 кВт, передававших вращение колёсным парам через зубчатые передачи. Масса автомотрис Мытищинского вагоностроительного завода была 42,5 т, наибольшая скорость 75 км/ч. Они имели по 100 мест для пассажиров (из них 74 для сидения). Одна из таких автомотрис, проработав на участке Москва – Черусти Московско-Казанской железной дороги полгода, была снята с эксплуатации вследствие частых поломок. По этой же причине прекратили эксплуатировать и другие автомотрисы.
При этом не совсем понятно, на каких участках эксплуатировались остальные шесть мотрис. Есть книга «Рязанско-Уральская железная дорога и ея районъ». Издание Правления Общества Рязано-Уральской Ж.Д. С.-Петербург. 1913, где есть рекламный плакат от Мытищинского завода. На плакате засветилось то самое фото мотрисы.
Стало быть, такие мотрисы работали не только на Московско-Казанской, но и на Рязано-Уральской железной дороге. Какое обозначение имели мытищинские мотрисы, осталось тайной.
Прототипом мытищинской автомотрисы была немецкая автомотриса серии VT 152 — 161/VT 1 — 20. Первые 10 мотрис были выпущены в 1909-1911 годах. Эти мотрисы изначально получили обозначение VT 152 — VT 161, но в 1913 они получили новые номера с 1 по 20. С 1911 по 1913 год была выпущена вторая серия мотрис под номерами VT11 — VT20. "Немцы" эксплуатировались в пригородах Бреслау (ныне Вроцлав), Данцига (ныне Гданьск), Альтоны (ныне район Гамбурга), Майнца и Франкфурта. Один экземпляр был продан в 1922 году в Польшу для работы в пригородах Кракова, где его следы теряются. Немецкие мотрисы оказались куда долговечнее мытищинских собратьев. Большинство из них проработали до 1926 года, а четыре штуки после переоборудования под контактную сеть — и вовсе до 1941 года.
Немецкая мотриса VT 154
Немецкая мотриса VT 18 после переоборудования под контактную сеть. Заводское фото AEG
Ну а Мытищинский завод надолго отошёл от вагонов с ДВС, вернувшись к ним лишь в 1997 году. Что характерно — снова с немецким двигателем. История циклична.
Друзья, привет! Появились новые подробности про подвижной состав, который будет использоваться на отечественных высокоскоростных магистралях.
"Сапсан" на станции Крюково
"В настоящее время ведётся разработка первого российского электропоезда со скоростью движения до 400 км/час. "Уровнем он будет выше, нежели существующие высокоскоростные поезда. Он будет состоять из 8 вагонов. Предусмотрено 4 класса обслуживания (первый, бизнес, комфорт, базовый), игровая зона для детей с интерактивными играми, кухня с баром в вагоне-бистро, мультимедийная информационно-развлекательная система." – рассказали в РЖД.
Начало сборки первого образца нового подвижного состава – 2026 год. В 2027 году поезд должен быть готов. В 2028 году запланировано получение сертификата соответствия. Реализация первого этапа ВСМ планируется до 2030 года.
Как думаете, друзья, на какой из существующих скоростных поездов будет похож новый состав: TGV, Синкансэн, Maglev, Talgo, Eurostar?
Тема высоких скоростей сейчас очень актуальна, так как сейчас проектируется высокоскоростная магистраль (ВСМ) Москва — Санкт-Петербург. И, насколько мне известно, проектируется она с устаревшими переходными кривыми 🚂, непригодными для высоких скоростей. 😡🚅
Сейчас мы разберемся, почему наши переходные кривые считаются устаревшими. И почему управление железной дорогой не желает их изменить, даже имея соответствующие математические доказательства, предоставленные нашими специалистами.
1. Смысл переходных кривых?
! Главный смысл переходных кривых - это создание таких условий, в которых будет обеспечена наибольшая плавность движения подвижного состава на въезде и выезде с кривого участка пути
При проектировании переходных кривых важно помнить, что мы строим путь для подвижного состава, а не подвижной состав для пути. Поэтому в первую очередь плавность движения должна быть обеспеченна именно за счёт удовлетворительного состояния пути, и что не мало важно, за счёт теоретической правильной подобранной оптимальной геометрии пути.
Геометрия железнодорожного пути делится на 3 участка.
Прямой участок. Его геометрия это прямая линия
Круговая кривая. Её геометрия это дуга окружности с постоянным радиусом R
Переходная кривая. Её геометрия это кривая с переменным радиусом R
Если прямую и круговую кривую можно ещё назвать при решении определенных задач стабильными участками, то переходная кривая это нестабильный участок. Почему?
Потому что на прямой и на круговой кривой у нас в теории зафиксированное положение уровней рельсовых плетей.
В случае круговой кривой, у нас в теории зафиксированное возвышение рельса с постоянным значением центробежного ускорения
В случае прямого участка, у нас в теории идеальное совпадение уровней рельсовых плетей и отсутствие центробежного ускорения
Но в случае переходной кривой, у нас в теории идёт и изменение возвышения рельса, и изменение центробежного ускорения. А это и есть нестабильность. При проектировании переходной кривой мы как раз и регулируем эту нестабильность. Ниже представлены 3 варианта изменения непогашенного ускорения на участке переходной кривой.
Варианты изменения непогашенного ускорения на переходной кривой
Самый популярный (доминирующий) в мире вариант №1. Такой вариант получается в теории, при условии что мы возвышаем рельс линейно и точно также линейно изменяем кривизну переходной кривой.
Но на самом деле, получить такой линейный график на переходной кривой можно лишь по устаревшей модели расчета. Эта очень простая модель, времен, когда не было необходимости проектировать путь под скорость 300, 400 км/ч.
Если мы модифицируем старую расчетную модель, то увидим как на самом деле выглядит линейный график изменения непогашенного ускорения
Разница расчета непогашенного ускорения по старой и новой модели
Если считать по новой методике расчёта, то в графике линейного изменения мы увидим скачки изменения непогашенного ускорения в начале и в конце переходной кривой. И эти скачки будут сильно зависеть от скорости движения. Посмотрите ниже на схему расчёта непогашенного ускорения в момент попадания под эти скачки.
Непогашенное поперечное ускорение в момент попадания подвижного состава под скачки
Но такие скачки по расчетам могут возникать и на обычных, не скоростных железнодорожных путях. У нас принято проектировать переходную кривую с линейным отводом (изменением) возвышения рельса и линейный изменением кривизны переходной кривой. В теории на наших железных дорогах есть такие скачки.
Чувствовали ли вы когда-нибудь резкий поперечный толчок в вагоне? Можем ли мы визуально найти следы? Посмотрите внимательно на фотографию ниже. Ответьте на вопрос, наблюдаете ли вы здесь «отбитый» в противоположную направлению кривой сторону путь?
Путь во время эксплуатации
Если вы видите «отбитый» путь, то это может говорить как раз о следах таких скачков непогашенного ускорения, которые наблюдаются при линейном отводе в начале и в конце переходного участка. Обратите внимание, что на графике в конце переходной кривой скачок направлен вниз, то есть в противоположную повороту сторону. Как раз это ситуация, которую мы видим на фотографии выше.
Так что предложенные в начале варианты изменения непогашенного ускорения выглядят на самом деле так
3 варианта изменения непогашенного ускорения по новой модели расчёта
Подумайте, при каком варианте будет обеспечена наибольшая плавность движения на переходной кривой? Уж точно не на 1 варианте.
Но повторюсь, что именно вариант 1 доминирует в мире, в том числе в России и в странах постсоветского пространства. Доминируют он по многим причинам
Нежеланием управления железной дорогой изменять старую рабочую геометрию переходной кривой
Нежеланием разработчиков нормативной документации брать на себя ответственность за изменение геометрии переходной кривой
Нежеланием рассматривать и пробовать внедрять зарубежный опыт проектирования железных дорог
Непонимание и отказ воспринимать доказательства о необходимости изменить геометрию переходной кривой
Всё потому что с этой конструкцией жалко расставаться, наш мозг не желает что-то менять. Даже несмотря на то, что существующая форма переходной кривой не справляется со своей основной задачей - создание плавности движения на переходе между прямым и кривым участком.
Отсюда у нас есть понятие участка стабилизации. Это длина прямого участка, которую необходимо выдерживать при проектировании железной дороги. Участок стабилизации (прямая вставка) нужен чтобы колебания, возникающие на выходе из переходного участка затухли. Какой смысл от переходной кривой, которая не создаёт плавность движения?
Участок стабилизации или прямая вставка
Всё потому что у нас уверены в идеальной выбранной форме переходной кривой. У нас надеются на линейное изменение непогашенного ускорения. Одно из условий, я напомню, это такой же прямолинейный отвод возвышения рельс
Ниже на верхнем изображении представлен линейный отвод возвышения рельса, используемый в старой расчетной модели для вычисления длины переходных кривых. Естественно картинка искажена для наглядности.
Конечно же так отвести рельс невозможно. Ведь даже в теории ситуация будет выглядеть как на нижней картинке.
Именно из-за таких изгибов в начале и в конце переходной кривой появляются те самые скачки непогашенных ускорений.
Но это теория, а что говорит реальная жизнь? Посмотрите ниже на результат измерения путеизмерительного вагона.
Измеренная разность уровней рельсовых плетей
Мы видим ломанную наклонную прямую линию. Это и есть прямолинейный отвод на переходной кривой в реальной жизни. Обратите внимание на сильные изгибы в начале и конце переходной кривой.
В реальной жизни не построить идеальный прямолинейный отвод, однако к нему стремятся приблизиться. Но как точно мы сможем приблизиться к теоретически прямой линии хотя бы в середине переходной кривой?
Посмотрите как гнется рельсошпальная решетка во время монтажа звена
Изгиб рельсошпальной решетки во время монтажа
Природа рельсошпальной решетки - изгибаться криволинейно. Будет ли легко придать ей прямолинейный отвод?
Что вообще говорит природа изгиба линейных конструкций?
Изгиб консоли
Изгиб балки на упругом основании
Как вы видите, изгиб это всегда про нелинейность. Это означает что линейный отвод возвышения это принудительное отклонение от природного криволинейного изгиба.
А отвод возвышения рельса это и есть изгиб. Про то что отвод должен быть нелинейным написано ещё в технической литературе времён СССР
Выкопировка из учебника Чернышева М.А. Железнодорожный путь. Издание 3. 1979г.
Уже тогда понимали, что отвод должен быть нелинейным. Но поскольку не было запроса таких скоростей как 300, 400 км/ч было решено сделать линейный отвод. Так как он прост в расчетах, что было важно в докомпьютерную эпоху. И ещё сделали акцент, что линейный отвод проще строить и легче содержать. Но время идёт, а мы до сих пор не отошли от линейного отвода.
! Вместо того, чтобы сделать нелинейный отвод, у нас пытаются улучшить плавность движения за счёт увеличения длины переходной кривой, тем самым уменьшая угол отвода и удлиняя переходную кривую
Переменные, от которых зависит угол линейного отвода
Но если рассчитывать переходную кривую по новой модели расчета, то оказывается, что удлинение переходных кривых не помогает улучшить плавность движения на больших скоростях. Высокая скорость не даёт смягчить величину тех самых скачков!
3. Новая расчетная модель. «Приподнятое» проектирование переходной кривой
«Приподнятое» проектирование (трассирование) это совершенно новая теория расчета переходных кривых. Суть её в том, что мы рассчитываем непогашенное ускорение на разных высотных уровнях.
Анализ непогашенного ускорения на различном уровне высоты вагона
И вот тут нужно вспомнить, что переходная кривая это нестабильный в теории участок, в отличие от круговой кривой. Нестабильность проявляется в изменении наклона вагона во время изменения (отвода) возвышения рельса.
Из-за этого каждая точка вагона будет двигаться по криволинейной траектории. Хорошим примером будут поперечные колебания. Я искажу реальность и сильно наклоню вагон для лучшей наглядности.
Поперечные качения (сильно искажено)
Криволинейные траектории
Во время поперечных колебаний вагона, каждая точка движется по криволинейным траекториям, на которых создаются центробежные ускорения.
Причем чем выше находится точка в вагоне, тем более кривая получается траектория движения. А чем кривее траектория, тем мощнее будет созданное центробежное ускорение. Поэтому люди жалуются на укачивания, находясь на верхнем этаже двухэтажного вагона. Если вы будите лежать на полу, вас будет укачивать меньше всего.
Кстати, если вас укачивало когда-то на прямом участке пути, то знайте, что боковые толчки создают как раз создаваемые центробежные ускорения, из-за наклона вагона на прямом участке.
Вернемся к скачкам непогашенного поперечного ускорения, возникающих на наших переходных кривых. Оказывается что в теории из-за изгиба рельса в начале и в конце линейного отвода у нас возникают как раз криволинейные траектории.
На рисунке ниже, желтыми стрелками показаны мощные созданные центробежные ускорения. Которые мы видим в виде скачков на графике.
Величина создаваемых центробежных ускорений зависит:
от уровня высоты. Чем выше уровень, тем больше будет значение ускорения
от скорости движения. Величина ускорения зависит от квадрата скорости
от кривизны траектории. Чем кривее траектория, тем ускорение больше
Зависимость создаваемых ускорений от уровня высоты
Обратите внимание, что центр тяжести вагона находится выше колесных пар. На уровне, на котором создаются большие скачки. На центр тяжести действует боковой толчок, поэтому можно утверждать что в целом на весь вагон действует этот скачок, что и проводит к «отбивке» пути.
Напомню, что непогашенное ускорение это результат борьбы проекции центробежного ускорения и проекции ускорения свободного падения Земли. В эту борьбу также включается созданное на различных высотных уровнях ещё одно центробежное ускорение (желтая стрелка).
4. Противники «приподнятого» проектирования. Разговоры о рессорах и о несовершенстве модели
Если вы вагонник, локомотивщик или специалист, знающий специфику конструкции вагона, то наверняка, вам хочется сказать что-то наподобие таких комментариев:
Почему в вашей расчетной модели плоское твердое сечение вагона?
Почему вы рассматриваете движение одной точки, а не всю систему точек
Учитываете ли вы рессоры?
Знаете ли вы, что конструкция вагона гасит колебания и раскачивания. Выше колесных пар колебаний не будет. Модель не корректна
Необходимо учитывать систему колеблющихся точек
У каждого проходящего поезда скорость будет разная
И так далее
Я убежден что для поиска и расчета оптимальной геометрии переходной кривой достаточно в качестве расчетной модели учитывать движение одиночных точек на абсолютном жестком сечении вагона.
Одиночные точки брать по оси вагона и проверять на них непогашенное ускорение на различных высотных уровнях. Это могут быть такие уровни как:
центр тяжести вагона
уровень вестибулярного аппарата человека
уровень сцепки
уровень пантографа
В начале статьи я писал что мы проектируем путь для подвижного состава. Это означает что теоретическая геометрия пути должна создавать хорошие условия для плавности движения вагона. При проектировании переходной кривой не нужно надеяться на конструкторские особенности вагона, которые смягчают колебания по уровню высоты. Мы должны максимально извлечь выгоду геометрического ресурса пути. Поэтому не нужно рассчитывать на смягчение непогашенного ускорения. Все таки у нас не бездорожье, наша задача заниматься качественным проектированием пути. Причем в наше время под высокие скорости.
Что касаемо выбора одной точки, а не системы, то это легко обосновывается большими размерами радиусов круговых кривых и мало отличающихся в сравнении с ними размерами вагона
Учёт в расчёте вышеперечисленных факторов не поможет найти оптимальную геометрию пути, они только усложняют расчёт. Они нужны для решения совершенно других задач. Например, для конструирования вагона. Для анализа плавности движения уже по заданной найденной геометрии пути. Для вычисления максимальных динамических нагрузок на путь.
5. Нормативное значение непогашенного ускорения и уровень буксы
Наши нормативные документы обязывают ограничивать непогашенное ускорение во время движения на кривых. Но можно ли говорить что расчет непогашенного ускорения на круговой и переходной кривой одинаков?
Ниже представлена расчетная схема, приводящаяся в учебниках железнодорожных учебных заведениях, на основании которой выводят формулу возвышения наружного рельса и вычисляют значение непогашенного ускорения
Модель для расчета возвышения рельса и непогашенного ускорения. Учебник. Ашпиз Е.С. 2013г.
Как вы видите, это схематическое твердое сечение вагона. Весь расчет сводится к уравновешиванию сил, проходящих через точку центра тяжести и точки взаимодействия колесной пары и рельсов.
То есть по такой схеме вычисляют значение непогашенного ускорения на уровне центра тяжести. Прошу обратить внимание на представленные ниже выкопировку из этого же учебника.
Выкопировка из этого же учебника
Крен это наклона вагона. То есть в момент движения по переходной кривой у нас появляется крен, который изменяется, так как мы постепенно возвышаем рельс. Это говорит о том, что на переходной кривой значение непогашенного ускорения даже в теории может быть больше, чем на круговой кривой, где в теории возвышение зафиксированное и крен не изменяется.
А что происходит во время изменения крена вы видели. Траектории движения всех точек искривляются и образуются центробежные ускорения. На схемах это желтые стрелки, которые увеличивают непогашенное ускорение.
Так мы наблюдаем скачки непогашенного ускорения на линейном отводе на наших переходных кривых. «Приподнятое» проектирование это усовершенствование старой методики расчета непогашенного ускорения. Благодаря чему мы видим изменение непогашенного ускорения по высоте.
Также обратите внимание на ещё одну выкопировку из учебникаи, представленную ниже
Выкопировка из этого же учебника
Признаётся что такая схема не учитывает ряд факторов. Однако для высоких скоростей, их учитывают вводя некий коэффициент 1.2, который увеличивает значение расчетного возвышения, так как непогашенное ускорение возрастает по факту. Но в какой точке оно возрастает? По расчетной схеме - в центре тяжести.
Также прописано что непогашенное ускорение для пассажиров стоит снижать. Но нормативные документы ограничивают непогашенное ускорение на уровне буксы
Выкопировка из инструкции по текущему содержанию пути ОАО «РЖД»
Во многих документах прописано именно про уровень буксы, на котором должно соблюдаться ограничение для пассажирских поездов до 0.7 м/с². Если обратиться к технической литературе, то сказано, что это делается в медицинских целях. На скоростных дорогах рекомендуется ограничить его до 0.4 м/с²
Но где пассажиры, а где букса? И вот тут у меня несколько вопросов.
Если требование прописано именно по фактическому измерению движущегося состава, тогда почему проектируют переходную кривую по расчетной схеме, где это непогашенное ускорение вычисляется не на уровне буксы, а на уровне центра тяжести.
Если для пассажиров ограничивают значение в 0.7 м/с² или в 0.4 м/с² на уровне буксы, то почему на стадии проектирования не учитывают что на уровне выше буксы непогашенное ускорение будет больше? Насколько тогда оно может быть больше, если мы привязаны к буксе?
Если брать новую модифицированную расчетную схему, учитывающий уровень высоты, то есть «приподнятое» проектирование, то мы узнаем, что даже в теории на уровне буксы на нашем линейном отводе в начале и в конце переходной кривой будут скачки, превышающие 0.7 м/с² или в 0.4 м/с². И с ростом скорости эти скачки будут только расти. А это уже нарушение нормативного значения.
Расчет по новой «приподнятой» методике
Я убежден что требование по соблюдению норматива на уровне буксы идёт из далекого прошлого. Тогда, когда можно было не учитывать уровень высоты из-за небольших скоростей движений. Так, на круговой кривой, если в теории есть зафиксированное возвышение, то значение непогашенного ускорения в любой точке будет ± одинаково. А на переходной кривой из-за небольших скоростей закрыли глаза на изменение по высоте. Тут ещё можно сказать, что «специфика» конструкции вагона может смягчать эти скачки над рессорами. Но справится ли она со скоростью 300, 400 км/ч?
Я не встречал в технической литературе по проектированию железнодорожного пути обоснование выбора уровня буксы для проектирования переходной кривой. Но вот такой комментарий оставил локомотивщик к ролику на YouTube
Локомотивщик про уровень букс: Дело в том что до настоящего времени на железной дороге эксплуатируется много подвижного состава с буксами на цилиндрических подшипниках (т.е. внутри подшипника не шарик или конус, а цилиндрический ролик). Эти подшипники очень не любят боковое ускорение, т.к. в следствие его (несмотря на ряд защитных механизмов) прижатие ролика торцом к кассете подшипника может привести к его заклиниванию (вместе с заклиниванием и разрушением самой буксы). С появлением конических подшипников проблема частично решилась, но до полного отказа от использования букс на цилиндрических подшипниках ускорение на уровне буксы придётся ограничивать.
Но вопрос, почему проектируют переходную кривую по ограничению непогашенного ускорения на уровне буксы, которое почему то в проекте вычисляется на центре тяжести остаётся открытым. Кроме того для вычисления ускорения на уровня буксы на стадии проектирования нужно применять методику «приподнятного» трассирования (проектирования)
Гипотеза о старых подшипниках предполагает, что именно специфика старых подшипников скольжения определило ограничение возвышение рельса в 150 мм, а не смещение центра тяжести. Но это только гипотеза. Сейчас к сожалению не у кого спросить.
Мы проектируем на ВСМ Москва — Санкт-Петербург, Москва — Казань, Челябинск — Екатеринбург устаревшие переходные кривые с линейным отводом, предназначенных для небольших скоростей и получаем график изменения непогашенного ускорения по Варианту №1. Получаем скачки и на буксе, и на центре тяжести и на других высоких уровнях.
6. Нелинейный отвод и переходная кривая для высокого качества движения
Как мы говорили ранее, отвод возвышения нужно делать нелинейным. Но при этом его нужно уметь правильно подобрать. Проектировать отвод возвышения так, чтобы математический теоретический нелинейный изгиб совпал максимально с «природным» фактическим изгибом.
Но если мы устроим нелинейный отвод на наших переходных кривых, то мы получим вариант 2
Можно ли говорить что вариант 2 даст высокое качество движения? Нет, такой подъем, спад и снова подъем не тянет на высокое качество. Причем эти максимумы и минимумы будут расти в зависимости от высотного уровня.
Самый качественный уровень движения будет у варианта 3. А для этого нам придется не только устроить нелинейный отвод возвышения. Но и устроить нелинейное изменение кривизны переходной кривой - отказаться от устаревшей геометрии
7. Благодарность Величко Геннадию Викторовичу
За создание этой статьи и ролика на YouTube я говорю большое спасибо Величко Геннадию Викторовичу. Он настоящий профессионал, ученый, гениальный специалист в области проектирования железных и автомобильных дорог. Именно он рассказал мне о «приподнятом» проектировании переходной кривой. О важности учёта уровня высоты. О минусах линейного отвода и о перспективах замены устаревших переходных кривых на новые!
Величко Геннадий Викторович. Главный конструктор компании Кредо
Он разработал так называемые гармонизированные переходные кривые с нелинейным отводом возвышения рельса и нелинейной кривизной переходной кривой. Такие переходные кривые обеспечивают плавное изменение непогашенного ускорения по варианту 3. Это эталон, показывающий максимальную выжимку геометрического ресурса
Изменение непогашенного ускорения по 3 варианту на скоростях 350 и 400 км/ч
толстый пунктир чёрного цвета – уровень головки рельса
тонкий пунктир чёрного цвета – уровень буксы
толстая сплошная линия красного цвета – уровень подголовника кресла второго этажа расчётного пассажирского экипажа
тонкая точечная линия красного цвета – уровень подголовника кресла первого этажа расчётного пассажирского экипажа
тонкая пунктирная линия красного цвета – уровень центра масс (центр тяжести)
Чтобы добиться такого результата необходимо кроме изменения линейного отвода на нелинейный изменить саму геометрию переходной кривой. Изменить нашу клотоиду на другую функцию. Ниже клотоида представлена черным цветом.
Геометрия переходной кривой. Тип - клотоида.
Величко Геннадий Викторович математически доказал перспективы замены нашей клотоиды на новые формы, представленные ниже
Функции переходной кривой
Замена устаревших переходных кривых на новые поспособствует
улучшение плавности движения, ввиду лучшей проектной кинематики
«меньше работы» конструкции современного вагона, направленной на погашение колебаний из-за неоптимальной геометрии пути на переходной кривой
плавное изменение динамических нагрузок на путь, что уменьшит затраты на текущее содержание пути как в материальном, так и в трудозатратном плане
уменьшение прямой вставки между кривыми, что даёт больше возможностей при трассировании железной дороги во время проектирования
Решение же использовать устаревшую переходную кривую с линейным отводом поспособствует обратному эффекту. Что может привести к ограничению проектной скорости 400 км/ч! до 200 км/ч 😡
Сегодня наше управление железной дорогой не рассматривает замену устаревших переходных кривых на новые для высокоскоростных дорог. Так как это глобальное изменение в проектировании пути. Ведь столько лет мы так строили, столько статистики накопилось. К тому же новая переходная кривая с нелинейным отводом может быть длиннее, в сравнении с линейным, что расстраивает многих.
Не все специалисты понимают смысл расчёта переходной кривой. Ведь её расчет уже давно вшит в разные программные обеспечения по старой методике расчёта.
Так что мало людей, которые готовы отстаивать интересы замены переходных кривых на новые. А авторы нормативной документации не прописывают четкого требования - устроить нелинейный отвод возвышения.
Замена переходной кривой это ответственность, которую никто не решается брать на себя. А понять перспективы замены не хотят.
Стоит отметить, что невозможно полностью повторить математическую геометрию в реальной жизни. Однако, почему бы нам не стараться приблизиться к теории, используя в том числе и новые технологии и материалы. Ведь мы и линейный отвод строим с отклонением.
Что лучше, строить с отклонениями от оптимального проекта, или строить с отклонениями от неоптимального?
Дорогие подписчики и гости, если вам хочется более подробно понять всю проблему линейного отвода и почему от него нужно избавиться, то рекомендую в качестве приложения к данной статье посмотреть мой ролик
Также прошу Вас поддержать мою девушку подпиской, буду очень благодарен
Во времена холодной войны едва ли не главным потенциалом развития технологий считалась ядерная энергия. Поэтому нет ничего удивительного, что история двадцатого века знает немало эпизодов разработок различных видов техники, которые проводила бы в движение работа атомного реактора. В Советском Союзе, среди всего прочего, есть один малоизвестный, но весьма любопытный проект.
Речь идёт о создании...атомного тепловоза.
Справедливости ради следует отметить, что в отличие от полностью засекреченных проектов создания ядерных бомбардировщиков идея появления локомотива на атомной тяге широко тиражировался в СМИ. Вот только ни одна из подобных задумок не была воплощена в жизнь хотя бы на уровне опытного образца - все они остались лишь на бумаге.
Часто проекты атомовозов предполагали заменить электрические аналоги в условиях Севера, Дальнего Востока и пустынь Центральной Азии. Однако гораздо больший интерес вызывают разработки по созданию мегапоездов. Эти проекты всегда были масштабнее и пафосные, так как предполагали наличие мощного атомного локомотива и огромных вагонов.
Такие составы должны были ставиться на сверхширокую колею: по информации Novate.ru, их ширина превышала общесоветский стандарт примерно в 3 раза. Кроме того, мегапоезда совмещали бы в себе и товарные вагоны, и пассажирские. Причем последние проектировались двухэтажными.
Когда речь заходит о технической составляющей подобных проектов, возникает вопрос: как же именно может поезд работать на атомном реакторе? В реальности механизм создания тяги предполагался следующий: приводом для колес использовались электродвигатели, а те в свою очередь приводились в движение от атомной электростанции, построенной по классической схеме и встроенной в локомотив.
Таким образом, тепло, выделяющееся вследствие ухода ядерной реакции, передается теплоносителю, который греет воду в парогенераторе. Именно этот пар движется по трубам к турбине, а она вращает вал электрогенератора.
Конечно, история показала, что от большинства амбициозных проектов, связанных с использованием ядерных реакторов, пришлось отказаться. Сильнее всего этому поспособствовала авария на Чернобыльской атомной электростанции. Однако в последние годы с увеличением качества защитных механизмов для АЭС наблюдается тенденция роста интереса к созданию проектов с применением ядерной реакции. И, возможно, однажды мы увидим, как мегапоезда с картинок советских газет сойдут со страниц в реальную жизнь.
Посмотрите на этот необычный аппарат — это дрезина, а точнее — мотодрезина, то есть легкое съемное самоходное рельсовое транспортное средство, предназначенное для езды по узкоколейным железным дорогам.
Дрезина 21 века
Построил эту дрезину путешественник и изобретатель Макс, который раньше жил в Москве, а сейчас переехал в деревню в Тверской области. Макс увлекается путешествиям по заброшенным узкоколейным железным дорогам и рассказывает об этом в интернете.
Макс, изобретатель и путешественник, создатель дрезины
Дрезина отлично зарекомендовала себя в путешествиях. Макс проехал на ней более 2500 километров по железным дорогам, многие из которых уже заброшены.
Фото дрезины на Кудемской ужд предоставлено ее создателем Максом
Конструкция дрезины простая и надежная. Вес дрезины — 180 килограмм.
В движение дрезину приводит четырехтактный китайский двигатель LIFAN мощностью 7 л.с. Это позволяет разгоняться до 50 километров в час.
Двигатель LIFAN, 7 л.с.
Управляющая трансмиссия — вариатор Сафари, который ставится на мотобуксировщики и снегоходы. Далее, через реверс и промежуточный вал, момент распределяется на обе оси. Важная особенность дрезины — полный привод. Это не прихоть, поскольку бывают сильно заросшие участки, и привода на одну ось не хватает. Также за счет полного привода, дрезина может ехать по любым поверхностям. Даже по асфальту.
Дрезина в глуши Кировской тайги. Фото предоставлено Максом
Я увидел дрезину на фестивале «Слёт под рюкзаком» и остался очень впечатлен творением Макса и его рассказами, поэтому сделал несколько фотографий, взял комментарии у Макса и решил поделиться этим на Пикабу.
А в качестве бонуса и для полноты впечатлений предлагаю посмотреть видео Макса о путешествии в заброшенный поселок Вологодской области, куда доехать можно по узкоколейке.
Не знаю, насколько уместно ставить в данном случае тег «моё». Половина фотографий и рассказ в целом мои, дрезина и видео Макса, на Пикабу его пока нет. Более подробно с изобретениями, историями и видео Макса можно ознакомиться на его канале «Широко шагая». Я желаю Максу удачи в новых путешествиях и во всем остальном!