лекции ОКЖД. лекции. Курс лекций для студентов специальности 190300. 65 Подвижной состав железных дорог
 Скачать 4.49 Mb.
|
|
Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Вагоны» А. В. Смольянинов О. В. Черепов ОБЩИЙ КУРС ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Курс лекций для студентов специальности 190300.65 – «Подвижной состав железных дорог» всех форм обучения Екатеринбург Издательство УрГУПС 2013 УДК 629.45 С51 Смольянинов, А. В. С51 Общий курс железнодорожного транспорта : курс лекций / А. В. Смольянинов, О. В. Черепов. – Екатеринбург : Изд-во УрГУПС, 2013. – 139, [1] с. ISBN 978-5-94614-256-4 Настоящий курс лекций написан с целью оказания помощи студентам в изучении дисциплины «Общий курс железнодорожного транспорта» при освоении образовательных программ по направлению подготовки 190300.65 «Подвижной состав железных дорог». В работе приведены составляющие транспортной системы России, под- робно излагаются общие сведения о железнодорожном транспорте и его роли в транспортной системе. Описаны основные технические устройства и под- вижной состав, которые обеспечивают выполнение перевозочного процесса, система организации движения, даны понятия о графике движения и обеспе- чении руководства движением поездов. Курс лекций сопровождается большим презентационным материалом, в том числе обучающим, состоящим из более 180 слайдов, размещенных на сайте www.usurt.ru, информационные ресурсы, каталог электронных УММ, кафедра «Вагоны». УДК 629.45 Печатается по решению редакционно-издательского совета университета Авторы: Смольянинов А. В. – профессор, д-р техн. наук, УрГУПС Черепов О. В. – доцент, канд. техн. наук, УрГУПС Рецензенты:Горбунов И. В. – заместитель начальника службы вагонного хозяйства Свердловской дирекции инфраструктуры – филиала ОАО «РЖД» Тимухина Е. Н. – заведующая кафедрой «Управление эксплуатационной работой», доцент, д-р техн. наук, УрГУПС ISBN 978-5-94614-256-4 © Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС), 2013 3 Оглавление Учебный план дисциплины ............................................................................5 Лекция 1. Становление железных дорог России ...........................................6 1.1. Царскосельская железная дорога ..................................................6 1.2. Петербурго-Московская железная дорога и первые магистрали России ........................................................................ 9 1.3. Уральская Горнозаводская железная дорога ............................... 13 Лекция 2. Транспортная система России ..................................................... 18 2.1. Характеристика системы .............................................................. 18 2.2. Структура системы ....................................................................... 20 2.3. Транспортные узлы ...................................................................... 27 2.4. Транспортные коридоры ............................................................. 27 2.5. Управление системой ................................................................... 28 2.6. Транспортное законодательство .................................................. 28 Лекция 3. Структура железнодорожного транспорта. Продукция транспорта и экономические показатели работы .... 30 3.1. Структура железнодорожного транспорта .................................. 30 3.2. Продукция транспорта и экономические показатели работы ... 32 Лекция 4. Понятия о габаритах .................................................................... 35 Лекция 5. Общие сведения о железнодорожном пути ................................ 40 5.1. Основы проектирования и постройки железных дорог. Трасса, план и продольный профиль пути. Значение пути в работе железных дорог, его основные элементы. Земляное полотно и его поперечные профили. Водоотводные устройства. Искусственные сооружения, их виды и назначение ...................................................................40 5.2. Устройство верхнего строения пути и его элементы. Бесстыковой путь .........................................................................52 5.3. Устройство рельсовой колеи. Соединение и пересечение путей .............................................................................................65 Лекция 6. Сооружения и устройства электроснабжения железных дорог ....73 6.1. Схема электроснабжения железных дорог .................................. 73 6.2. Системы тока. Напряжение в контактной сети .......................... 75 6.3. Тяговая сеть .................................................................................. 77 4 Лекция 7. Подвижной состав железных дорог ............................................. 82 7.1. Общие сведения о тяговом подвижном составе.......................... 82 7.2. Тепловозы ..................................................................................... 84 7.3. Электрический подвижной состав .............................................. 87 7.4. Несамоходный подвижной состав ............................................... 90 Лекция 8. Системы и устройства автоматики, телемеханики и связи ........ 93 8.1. Развитие сигнализации, централизации и блокировки. Классификация сигналов на железнодорожном транспорте. Устройство и места установки светофоров ................................93 8.2. Системы интервального регулирования движения поездов ...... 99 8.3. Устройства автоматики и телемеханики на станциях............... 105 Лекция 9. Раздельные пункты .................................................................... 113 Лекция 10. Организация перевозок и движения поездов .......................... 118 10.1. Классификация поездов и их обслуживание .......................... 118 10.2. Организация грузовой и коммерческой работы ..................... 120 10.3. Основы организации пассажирских перевозок ..................... 122 Лекция 11. График движения поездов ....................................................... 124 11.1. Значение графика и требования, предъявляемые к нему ....... 124 11.2. Классификация графиков ........................................................ 126 11.3. Элементы графика .................................................................... 127 11.4. Понятие о пропускной и провозной способности железных дорог ..........................................................................................128 Лекция 12. Руководство движением поездов ............................................. 131 12.1. Система управления движением поездов ................................ 131 12.2. Основные показатели эксплуатационной работы .................. 132 12.3. Автоматизация процессов управления перевозками .............. 134 Библиографический список ....................................................................... 139 5 УЧЕБНЫЙ ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ Дисциплина «Общий курс железнодорожного транспорта» вхо- дит в профессиональный цикл (С.3) и является базовой (Б3.1) при реализации основных образовательных программ подготовки спе- циалистов по направлению подготовки (специальности) 190300.65 «Подвижной состав железных дорог» 1 Шифр дисциплины Наименование дисциплины Число часов Б3.1 Общий курс железных дорог Всего: 72 В том числе: Контроль Число зачетных единиц Лекции Лабораторные занятия Практические занятия Самостоятельная работа Зачет 2 18 – 18 36 В университете подготовка специалистов по направлению 190300.65 «Подвижной состав железных дорог» осуществляется по следующим специализациям: «Вагоны», «Электрический транспорт» и «Высокоскоростной наземный транспорт». 1 Федеральный государственный образовательный стандарт высшего профессио- нального образования по направлению подготовки (специальности) 190300.65 «Под- вижной состав железных дорог» (квалификация (степень) «специалист») 6 Лекция 1 СТАНОВЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ РОССИИ 1.1. Царскосельская железная дорога Нет такой страны в мире, где железные доро- ги были бы более выгодны и даже необходимы, чем в России, так как они дают возможность сокращать большие раcстояния путем увели- чения скорости передвижения. Ф. Герстнер В озникновение железнодорожного транспорта было обу- словлено потребностями развивающейся промышленно- сти, торговли, технологии и науки. К концу XVIII века человечество накопило тот объем знаний и опыта, который позволил создать качественно новый транспорт. В то время были уже известны чугунные рельсовые дороги, колесные экипажи и универсальная паровая машина двойного действия. Тре- бовалось только объединить все это в одно целое. Это сделал талант- ливый английский изобретатель Р. Тревитик, построив в 1803 году первый в мире паровоз, передвигающийся по рельсовому пути. Одним из сторонников строительства железных дорог в России был экономист и государственный деятель Н. С. Мордвинов, кото- рый прозорливо заметил, что из всех путей сообщения железные до- роги могут быть для торговли самыми полезными. Проблемы новых путей сообщения волновали в то время умы очень многих людей в России. Вопрос – быть или не быть железным дорогам в страдавшей от бездорожья огромной стране – считался наиболее актуальным из всех животрепещущих идей. В самом начале 1830 года молодой профессор Петербургского университета Н. П. Щеглов опубликовал в газете «Северный му- равей» статью «О железных дорогах и преимуществах их над обык- новенными дорогами и каналами». Щеглов выдвигал предложение о постройке железной дороги между Петербургом и Тверью через Новгород (из Твери грузы перевозились бы дальше на судах по Вол- 7 ге, а из Новгорода – по Волхову). Правда, он имел в виду рельсовую дорогу с конной тягой. Каким быть новому виду транспорта? Одни доказывали целе- сообразность железных дорог с паровыми локомотивами, другие ратовали за паровые безрельсовые экипажи, передвигающиеся по шоссейным дорогам. В 1834 году в России была открыта первая паровая железная до- рога – на Нижнетагильском металлургическом заводе, построенная отцом и сыном Ефимом и Мироном Черепановыми. Ими же был сооружен и первый отечественный паровоз или, как называли его сами изобретатели, «паровая телега», «паровой дилижанс» или «су- хопутный пароход». В 1833 году они приступили к изготовлению паровоза, а уже с 21 января по 4 февраля 1834 года производили его испытания и пробные поездки. Как говорилось в письме Дирекции, «Паровой дилижанец постройкою совершенно готов и для ходу оного строится чугунная дорога, а для сохранения дилижанца отстраивается деревянный сарай». Протяженность этой дороги составляла 854 метра. «Паровой ди- лижанец» двигался по ней со скоростью 13 – 16 километров в час и вез состав весом 3,3 тонны. Следующий паровоз Черепановых мог перевозить составы весом до 16 тонн. В августе 1834 года по приглашению начальника штаба Корпу- са горных инженеров К. В. Чевкина в Петербург приехал чешский инженер, профессор Венского политехнического института Франц Антон фон Герстнер, с целью ознакомления со страной и изыскания возможностей начала строительства железных дорог. В первых числах сентября Ф. Герстнер выехал на Урал через Москву и Казань. Герстнер писал: «Объездил многие губернии от Санкт-Петербурга до Урала, собрал повсюду статистические сведения и сравнивал оные с подоб- ными сведениями о земледелии, горном деле, фабриках, торговле тех государств, с которыми Россия имеет наибольшие сношения». Вернувшись в Петербург, все обдумав и проанализировав, он 6 января 1835 года написал обстоятельную записку, в которой изложил свой взгляд на необходимость для России новых путей сообщения. Первой он предлагал построить дорогу между Петербургом и Москвой, потом соединить Москву с основным водным путем страны – Волгой линиями Москва – Казань или Москва – Нижний Новгород. Даль- нейшее развитие сети представлялось ему недостаточно ясным. 14 января 1835 года при Главном управлении путей сообщения и публичных зданий была создана комиссия по рассмотрению пред- 8 ложения Герстнера. В тот же день возглавляющий Главное управ- ление путей сообщения К. Ф. Толь (боевой генерал Отечественной войны 1812 года), докладывая императору о начале работы комис- сии, напомнил ему, что вопрос о строительстве железных дорог уже рассматривался ранее и «ввиду огромных водных путей сообщения и сурового климата страны был решен не в пользу предлагаемых железных дорог». Однако в комиссии, благодаря настойчивости самого младшего по чину ее участника майора корпуса инженеров путей сообщения, про- фессора института этого же корпуса Павла Петровича Мельникова, возобладала иная точка зрения: «Климатические условия России не могут служить препятствием к устройству железных дорог, ровная же по большей части поверхность страны даже благоприятствует этому». В виде опыта было решено ограничиться пока постройкой железно- дорожной линии Петербург – Царское Село – Павловск. 15 апреля 1836 года был подписан указ о строительстве, в мае на- чались земляные работы, а осенью уже проводились первые опыты движения по рельсам. Продолжая переговоры о получении права на строительство же- лезной дороги Петербург – Москва, Ф. Герстнер начал организацию акционерного общества Царскосельской железной дороги. Учре- дителями его стали: А. А. Бобринский, Б. Б. Крамер, И. К. Плитт и Ф. А. Герстнер. Вся финансовая деятельность общества была сосре- доточена в руках Бобринского, а технической стороной ведал Франц Герстнер. На капитал в 3 миллиона рублей было выпущено 15 тысяч акций, которые приобрели 700 акционеров. После завершения строительства газета «Санкт-Петербургские ведомости» писала: «Туда мы ехали с умеренной скоростью 21 вер- сту 1 в 32 минуты, но оттуда в 22 минуты, почти по версте в минуту, то есть по 60 верст в час. 60 верст в час – страшно подумать! Между тем вы сидите спокойно, вы не замечаете той быстроты, ужасающей воображение, только ветер свистит, только конь пышет огненной пеной, оставляя за собой белое облако пара. Какая же сила несет все эти огромные экипажи с быстротой ветра в пустыне? Какая сила уничтожает пространство, поглощает время? Эта сила – ум челове- ческий». Если сначала поезда курсировали с паровой тягой по празднич- ным дням, а в остальные дни с конной тягой, то с апреля 1838 года лошадей сменили локомотивы. 1 1 верста = 1.0668 километра. 9 Вот как описывает поездку по железной дороге в 1838 году писа- тель И. Т. Калашников: «Часто я езжу в Царское Село, где учится мой сын в лицее, по железной дороге. Удивительное изобретение! Пред- ставьте 12 экипажей, из которых каждый соединен из трех карет – больших восьмиместных. Таким образом, в каждом экипаже сидит 24 человека, и во всех – 288 человек. Вся эта страшная масса – этот сухопутный корабль летит до Царского Села (20 верст) едва полчаса. Но вы не приметите скорости – тут не трясет, и при этой летящей езде можно читать преспокойно книгу. Вы едва успеете сесть – уже на месте! Между тем огненный конь пускает клубами дым, который расстилается величественным бесконечным флюгером. В ночное время этот дым освещается пламенем машины и часто сыплются искры. Удивительная картина! Никак не можешь к ней привыкнуть – совершенное волшебство». Ширина колеи составляла 1829 мм (в 1904 году было заверше- но строительство железнодорожной линии Царское Село – Дно с переустройством на колею 1524 мм). Дорога не имела существен- ного экономического значения, однако показала возможность и це- лесообразность применения в России нового для того времени вида транспорта – железнодорожного. 1.2. Петербурго-Московская железная дорога и первые магистрали России Глубоко убежден, что железные дороги необ- ходимы для России, что они, можно сказать, выдуманы для нее более, нежели для какой-либо другой страны Европы, что климат России и ее пространство соделывают их особенно дра- гоценными для нашего Отечества. П. Мельников Вопрос о строительстве стальной магистрали, соединяющей две столицы России, становился все более актуальным. 7 марта 1841 года был создан «Особый комитет для предварительного составления и рассмотрения проекта железной дороги от Санкт-Петербурга до Москвы в отношении техническом и расчетов коммерческих, в кото- рые должны входить все предметы торговли с одной стороны столицы в другую и обратно, начиная с предметов продовольственных». 10 8 марта 1841 года инженер-полковникам Мельникову и Крафту было поручено представить проект железной дороги между Петер- бургом и Москвой. 15 сентября 1841 года императору Николаю I были представлены «соображения», произведенные Мельниковым и Крафтом. Дорога, спроектированная ими, не имела аналогов за рубежом, по протяженности она значительно превосходила все су- ществовавшие магистрали. Помимо этого, впервые железная дорога должна была строиться в таких северных широтах. С самого начала дорога была задумана как двухколейная, с паро- вой тягой, причем скорость движения пассажирских поездов намеча- лась 37,4 километров в час, а для грузовых 16 километров в час. Через каждые восемь километров были предусмотрены разъезды. Николай I отослал «Соображение об устройстве железной дороги между Санкт-Петербургом и Москвою» на рассмотрение в Мини- стерство внутренних дел и Главное управление путей сообщения и публичных зданий, предписав, чтобы они представили свое за- ключение не позднее чем через месяц. Отзыв министра внутренних дел графа А. Г. Строганова был отрицательным. 13 января 1842 года под председательством императора Николая I собралось ответственное совещание, которое должно было оконча- тельно решить: быть или не быть стальной магистрали, соединяющей две столицы России. Ни Мельников, ни Крафт на совещание при- глашены не были. На совещании обсуждались вопросы о том, полезно ли для Рос- сиии проведение железной дороги от Санкт-Петербурга до Москвы, какие могут быть препятствия к учреждению сей дороги, строить ли оную через частное общество или от правительства, какие к сему выгоднейшие финансовые меры? При обсуждении главного вопроса мнения участников совещания разделились. Конец вспыхнувшей дискуссии положил Николай I, безоговорочно решивший строить Петербурго-Московскую желез- ную дорогу по кратчайшему направлению. 27 января 1842 года император подписал указ «Об учреждении Комитета устройства Петербурго-Московской дороги». Его пред- седателем стал наследник престола, будущий император Александр II. Был создан специальный Строительный комитет. В состав его, кроме сановников, вошли инженеры Мельников и Крафт. В тот же день, когда начал работать Строительный комитет, Мельников и Крафт были приглашены во дворец – они удостоились аудиенции Николая I. Прежде всего Николай I поинтересовался, ручаются ли инженеры за успех сооружения. Мельников ответил положительно, 11 а затем по просьбе императора рассказал о потребностях предстоя- щего строительства. Царь слушал внимательно и заинтерисованно, иногда задавал вопросы. Так, он осведомился, возможно ли строи- тельство железнодорожного полотна в болотистой местности. – Как бы пространно и глубоко болото ни было, его всегда мож- но засыпать, сделав предварительные работы возможного осуше- ния местности, – убежденно ответил Мельников. – Я полагаю, что в глубоких болотах благонадежнее делать насыпи с таким избыт- ком против проектной линии, чтобы они осаживались до самого дна и таким образом получали бы надежный фундамент. – Скажите, что, по вашему мнению, полезнее и выгоднее, – спро- сил император Мельникова, – выписывать ли локомотивы и вагоны из-за границы или же делать их дома, в России, с устройством для сего необходимых фабрик? Инженер убежденно ответил, что полагает не только полезным, но и необходимым изготавливать локомотивы и вагоны в России, пусть это и будет несколько дороже, чем приобретать их за границей. Поясняя свою мысль, Мельников заметил, что фабрики, на которых будут изготавливаться паровозы, послужат и подготовке отечествен- ных машинистов для их управления, иначе Россия навсегда останется в самой невыгодной зависимости от иностранных машинистов. Он отметил, что помимо строительства локомотивов и вагонов необхо- димо также наладить и изготовление рельсов. В начале августа 1851 года строительство первой большой желез- ной дороги было завершено. Двухпутная дорога строилась восемь лет одновременно с двух сторон. 16 августа из Петербурга в Москву прошли поезда, перевозившие по два батальона лейб-гвардии Преоб- раженского и Семеновского полков. Спустя три дня успешно просле- довал императорский поезд, с которым в Москву прибыли Николай I и члены его семьи. 1 ноября 1851 года на Петербурго-Московской железной дороге было открыто регулярное движение. В пределах магистрали было построено 272 искусственных соору- жения, в том числе 184 моста, 69 труб и 19 путепроводов. Ширина колеи 1524 мм стала обязательной для всех магистральных железных дорог России. Строительство первой двухпутной магистрали потребовало про- изводства отечественных паровозов и вагонов. В 1844 году Ведомству путей сообщения был передан Александровский механический завод в Петербурге. Работа завода определялась особым комитетом, раз- работавшим технические условия на проектирование подвижного состава и осуществлявшим контроль за качеством паровозов и ва- 12 гонов. К моменту открытия дороги завод построил 121 грузовой, 43 пассажирских паровоза и более 2500 вагонов и платформ. Россия была единственным государством на Европейском континенте, где первые паровозы были изготовлены в своей стране, а не импорти- ровались из Англии. На крупнейшей и наиболее технически оснащенной для того вре- мени двухпутной магистрали между Петербургом и Москвой про- тяженностью 649,7 километра были применены широкоподошвен- ные рельсы весом 29,5 кг/пог. м, высотой 78 мм и длиной 5486 мм, деревянные шпалы с эпюрой 1166 шт./км в сочетании с четырьмя продольными лежнями под каждым из четырех рельсов ниже шпал; балластный слой был двойным с толщиной нижней части на насы- пях 1 фут (30,48 см), в выемках, во избежание пучин – 2 фута (0,6 м); толщина верхнего щебеночного слоя равнялась толщине шпал. Развитие капитализма в России после отмены крепостного пра- ва и увеличение экспорта хлеба вызвали значительное ускорение строительства железных дорог. В 1863–1865 годах план развития сети железных дорог широко обсуждался в различных ведомствах и учреждениях и в целом получил одобрение. Однако в некоторых отзывах давались рекомендации по уточнению и изменению отдель- ных железнодорожных направлений. П. П. Мельников изучил эти рекомендации и 8 января 1866 года представил правительству уточ- ненный план строительства железных дорог в стране. 23 апреля план строительства «самонужнейших» первостепенных железнодорожных линий был утвержден правительством. По нему намечалось сооруже- ние железных дорог общим протяжением 7171 километр, в том числе 3655 километров первой и 2818 километров второй очереди, а также 644 километра «питательных ветвей». Сеть сооружаемых железных дорог охватывала огромную терри- торию почти всей Европейской России и создавала возможность для организации смешанных железнодорожно-водных перевозок. В последующие годы этот план уточнялся и изменялся, в частно- сти в отношении выбора направления отдельных железнодорожных линий, для усиления межрайонных связей в пределах европейской части России. Вместе с тем Мельников предвидел огромное значе- ние продолжения запланированных к постройке железных дорог от Ярославля до Перми и Тюмени с ответвлением от Вятки до Котласа на Северной Двине и от Самары на восток до Оренбурга. Он считал, что «сеть должна спешить перешагнуть за Волгу, развиться на восток и на юго-восток и усилить могущество государства всеми богатства- ми, кроющимися в его глубине». 13 С 1865 по 1875 год средний годовой прирост железных дорог Рос- сии составлял 1,5 тысячи километров, а с 1893 по 1897 – около 2,5 ты- сяч километров. Были построены железнодорожные линии Москва – Курск (1868 г.), Курск – Киев (1870 г.), Москва – Брест (1871 г.), Красноводск – Ташкент (1899 г.) и другие. В 1890 году государю поступил доклад Приамурского генерал- губернатора А. Н. Корфа о важности дороги для развития края, по прочтении которого последовало Высочайшее повеление «Необхо- димо приступить скорее к постройке этой дороги». Сергей Юлье- вич Витте, будучи министром путей сообщения, предложил проект строительства железной дороги через всю Россию – от Москвы до Тихого океана. В феврале 1891 года Комитет министров принимает решение о сооружении Сибирской железной дороги одновременно с двух точек, удаленных друг от друга почти на 7000 километров: с запада на восток – от Челябинска в глубь Сибири и с востока на за- пад – от Владивостока до станции Графской (Лазо). В марте 1891 года цесаревич Николай объявил о начале строи- тельства Великого сибирского пути от Челябинска до Владивостока и приказал делать дорогу «дешево, скоро и прочно». 9 июля 2001 года по Транссибу отправился юбилейный поезд Мо- сква – Владивосток, посвященный 110-летию магистрали. Светло- голубой экспресс из 16 вагонов, после напутствия министра, высту- плений гостей столицы, отправился из Москвы через всю страну, чтобы рассказать о главной дате российских железнодорожников. |