лекции ОКЖД. лекции. Курс лекций для студентов специальности 190300. 65 Подвижной состав железных дорог
 Скачать 4.49 Mb.
|
|
5.3. Устройство рельсовой колеи. Соединение и пересечение путей 5.3.1. Устройство рельсовой колеи Устройство рельсовой колеи тесно связано с конструкцией и раз- мерами колесных пар подвижного состава. Колесная пара включает в себя стальную ось, на которую наглухо насажены колеса, имеющие для предотвращения схода с рельсов направляющие гребни. Для того чтобы каждая колесная пара не могла поворачиваться вокруг вертикальной оси, колесные пары вагона или локомотива соединяют по две и более жесткой рамой тележек. Расстояние меж- ду крайними осями колесных пар, соединенных рамой, называется жесткой колесной базой, а между крайними осями вагона или локо- мотива – полной колесной базой. Жесткое соединение колесных пар обеспечивает их устойчивое положение на рельсах, но в то же время затрудняет прохождение в кривых малого радиуса, где возможно их заклинивание. Для облегчения вписывания в кривые современный подвижной состав выпускают на отдельных тележках с небольшими жесткими базами. Поверхность катания колес подвижного состава в средней части имеет уклон 1:20, наличие которого обеспечивает их более равно- мерное изнашивание, повышенное сопротивление действию гори- зонтальных сил, направленных поперек пути, меньшую чувствитель- ность колесных пар к неисправностям и препятствует появлению желоба на поверхности катания, затрудняющего прохождение ко- лесных пар по стрелочным переводам. В соответствии с этим рельсы устанавливаются также с уклоном 1:20, что при деревянных шпалах достигается за счет клинчатых подкладок, а при железобетонных – соответствующим наклоном поверхности шпал в зоне опирания рельсов. Расстояние между внутренними гранями головок рельсов называется шириной колеи. Эта ширина складывается из расстоя- ния между колесами (1440 мм ± 3 мм), двух толщин гребней (от 25 до 33 мм) и зазоров между колесами и рельсами, необходимых для свободного прохождения колесных пар. Номинальный размер ши- рины колеи на прямых и кривых участках пути с радиусом более 350 м, принятый в России, составляет 1520 мм с допуском в сторону уширения 8 мм, а на участках со скоростью движения до 50 км/ч — 10 мм. Допуск в сторону сужения равен 4 мм (рис. 5.23). 66 1440 ± 3 1520 <1:20 >1:20 +8 –4 Рис. 5.23. Положение колесной пары в колее В соответствии с ПТЭ верхние части головок рельсов обеих ни- тей пути на прямых участках должны находиться на одном уровне. На всем протяжении прямых участков пути разрешается сооружать одну рельсовую нить на 6 мм выше другой. При строительстве пути стыки на обеих рельсовых нитях располагают точно один против другого по наугольнику, что по сравнению с расположением стыков вразбежку уменьшает число ударов колесных пар о рельсы, а также позволяет заготавливать и менять рельсошпальную решетку целыми звеньями с помощью путеукладчиков. В кривых участках устройство пути имеет ряд особенностей, основными из которых являются возвышение наружного рельса над внутренним, наличие переходных кривых, уширение колеи при малых радиусах, применение укороченных рельсов на внутренней рельсовой нити, усиление пути, увеличение расстояния между осями путей в круговых кривых двух- и многопутных линий в соответствии с требованиями габарита. Возвышение наружного рельса предусма- тривается при радиусе кривой 4000 м и менее для того, чтобы нагруз- ка на рельсовые нити была примерно одинаковой с учетом действия центробежной силы. Величина возвышения (мм) зависит от массы поезда, скорости движения и радиуса кривой: h = 12,5ν 2 / R – 115. Согласно ПТЭ максимальное возвышение наружного рельса в кривой составляет 150 мм. 67 Наличие переходных кривых связано с необходимостью плавного сопряжения кривой с примыкающей прямой как в плане, так и в профиле пути (рис. 5.24). НПК КПК НПК l h 1 2 3 4 ρ = R ρ = ∞ a б 5 Рис. 5.24. Схема положения переходной кривой: а – план; б – профиль; 1 – прямая; 2 – переходная кривая; 3 – круговая кривая; 4 – уровень головки наружного рельса; 5 – уровень головки внутреннего рельса; l – длина переходной кривой; h – возвышение наружнего рельса Уширение колеи обеспечивает вписывание подвижного состава в кривые. Поскольку колесные пары закреплены в раме тележки таким образом, что в пределах жесткой базы они всегда параллельны друг другу, в кривой только одна колесная пара может расположить- ся по радиусу, а остальные находятся под углом к нему. Это требует увеличения зазора между гребнями колес и рельсами во избежание заклинивания колесных пар. ПТЭ установлены следующие номинальные размеры ширины колеи в кривых в зависимости от радиуса кривой: Радиус кривой, м от 349 до 300 от 299 и более Ширина колеи, мм 1530 1535 Величины отклонений от номинальных размеров ширины колеи не должна превышать по сужению – 4 мм, по уширению +8 мм. Укладка укороченных рельсов во внутреннюю рельсовую нить не- обходима для исключения разбежки стыков. Поскольку внутренняя нить в кривой короче наружной, применение рельсов одинаковой 68 длины вызвало бы забегание стыков вперед на внутренней нити. Для предотвращения разбежки стыков каждому радиусу кривой должна соответствовать своя величина укорочения рельса. В целях унифика- ции установлены стандартные укорочения рельсовых звеньев длиной 25 м – 80 и 160 мм. 5.3.2. Соединение и пересечение путей Переход подвижного состава с одного пути на другой обеспечи- вают устройства по соединению и пересечению путей, относящиеся к их верхнему строению. Соединение путей друг с другом осущест- вляют стрелочными переводами, а пересечение путей – глухими пересечениями. Применяя стрелочные переводы и глухие пересече- ния, создают соединения путей, называемые стрелочными улицами и съездами (рис. 5.25). Рис. 5.25. Соединение путей: а – обыкновенный съезд; б – перекрестный съезд; в – стрелочная улица В зависимости от назначения и условий соединения путей раз- личают одиночные, двойные и перекрестные стрелочные переводы. а б в 69 Одиночные переводы подразделяют на обыкновенные, симметрич- ные и несимметричные. Обыкновенный стрелочный перевод, служащий для соединения двух путей, может быть право- или левосторонним. Он применя- ется при отклонении бокового пути от прямолинейного в ту или иную сторону. Этот вид переводов наиболее распространен. В со- став стрелочного перевода входят собственно стрелка, крестовина с контррельсами, соединительная часть, расположенная между ними, и переводные брусья. Стрелка включает в себя два рамных рельса, два остряка, предназначенные для направления подвижного состава на прямой или боковой путь, и переводной механизм (рис. 5.26). 1 2 3 1 4 5 6 4 R Переводные брусья Стрелка Соединительные пути Комплект крестовинной части Рис. 5.26. Обыкновенный стрелочный перевод: 1 – рамные рельсы; 2 – остряки; 3 – переводной механизм; 4 – контррельс; 5 – усовики; 6 – сердечник Остряки соединяют друг с другом поперечными стрелочными тягами, с помощью которых один из них подводится вплотную к рамному рельсу, в то время как другой отводится от другого рамного рельса на расстояние, необходимое для свободного прохода гребней колес. Перевод остряков из одного положения в другое осущест- вляется специальными стрелочными приводами через одну из тяг, а в пологих стрелочных переводах, остряки которых имеют значитель- ную длину, – через две тяги и более. В приводе имеется устройство, запирающее остряки в том или ином положении и контролирующее их плотное прилегание к рамным рельсам. Тонкая часть остряка на- зывается острием, а другой его конец – корнем. Корневое крепление обеспечивает поворот остряков в горизонтальной плоскости и соеди- нение с примыкающими к ним рельсами. 70 Крестовина состоит из сердечника, двух усовиков и желобов (рис. 5.27). Она обеспечивает пересечение гребнем колес рельсовых головок, а контррельсы направляют гребни колес в соответствую- щие желоба при прохождении колесной пары по крестовине. Точка пересечения продолжения рабочих граней сердечника крестовины называется ее математическим центром, а самое узкое место между усовиками – горлом крестовины. Угол α, образуемый рабочими гра- нями сердечника, называется углом крестовины. 5 1 2 3 4 90° α А 1 А О к ι 8p C B E Рис. 5.27. Общий вид крестовины: 1 – усовики; 2 – горло; 3 – сердечник; 4 – крестовина; 5 – контррельс Наиболее важным параметром стрелочного перевода является марка крестовины. В зависимости от назначения пути используют стрелочные переводы с крестовинами, имеющими различные марки (табл. 5.1). Таблица 5.1 Марки крестовин стрелочных переводов Пути, на которых расположены стрелочные переводы Марки крестовин стрелочных переводов обыкновенных симметричных Главные и приемоотправочные, пас- сажирские Не круче 1/11* – Приемоотправочные для грузового движения Не круче 1/9 Не круче 1/6 Прочие Не круче 1/8 Не круче 1/4,5 * При проходе пассажирских поездов только по прямому пути допустимы пере- воды с маркой крестовины 1/9. 71 На железных дорогах широко применяется стрелочный перевод усиленной конструкции с литой крестовиной марки 1/11 и гибкими остряками, допускающий движение поездов по прямому пути со скоростью до 160 км/ч. Существующие переводы пологой марки 1/18 применяют на маршрутах следования поездов при отклонении их с главного пути на боковое направление, где скорость движения составляет 80 км/ч. На линии Москва – Санкт-Петербург используют стрелочные переводы с крестовиной марки 1/11, предназначенные для движения пассажирских поездов по прямому пути со скоростью 200 км/ч. Конструктивной особенностью этого перевода являет- ся наличие крестовины, имеющей гибкий подвижной сердечник. В рабочих положениях такой сердечник плотно прилегает к соот- ветствующей боковой грани усовика крестовины, благодаря чему образуется непрерывная поверхность катания для колес подвижного состава (рис. 5.28). Рис. 5.28. Общий вид стрелочного перевода Распространенными устройствами для соединения путей явля- ются съезды. В зависимости от расположения соединяемых путей съезды бывают обыкновенные, перекрестные и сокращенные. Обыкновенный съезд состоит из двух одиночных стрелочных переводов и соединительного пути, укладываемого между корнями их крестовин. Перекрестный, или двойной, съезд представляет собой пересечение двух одиночных съездов. Он имеет четыре стрелочных перевода и глухое пересечение, помещаемое между корнями кресто- вин. Такие съезды укладывают в стесненных условиях, когда для по- следовательного расположения двух одиночных съездов нет участка достаточной длины. 72 При устройстве перекрестных съездов, а также в местах, где пути пересекаются, но перевод подвижного состава с одного из них на дру- гой не осуществляется, выполняют глухие пересечения под прямым или острым углом. На магистральных железных дорогах получили широкое распространение глухие пересечения под острым углом с применением крестовин марок 2/9 и 2/11. Эти пересечения состоят из четырех крестовин с контррельсами, из них две крестовины острые и две тупые (рис. 5. 29). Острая крестовина Тупая крестовина L П Рис. 5.29. Косоугольное ромбическое пересечение У прямоугольных пересечений все крестовины одинаковые. Путь, на котором последовательно расположены стрелочные переводы, ведущие на параллельные пути, называется стрелочной улицей. Это устройство дает возможность перемещать подвижной состав на лю- бой из соединяемых путей. Обычно стрелочные улицы объединяют группы путей одного назначения в парки. В зависимости от располо- жения по отношению к основному пути и угла наклона стрелочные улицы бывают разных видов. Презентация на 7 слайдах. 73 Лекция 6 СООРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ 6.1. Схема электроснабжения железных дорог Ж елезнодорожный транспорт потребляет около 7 % энер- гии, производимой электростанциями России. В основ- ном она расходуется на обеспечение тяги поездов и пи- тания нетяговых потребителей, к которым относятся станции, депо, мастерские и устройства регулирования движения поездов. Кроме того, к системе электроснабжения железной дороги могут быть под- ключены расположенные вблизи нее предприятия и небольшие на- селенные пункты. Система электроснабжения электрифицированных дорог состоит из внешней (электростанции, районные трансформаторные подстан- ции, сети и линии электропередач) и тяговой (тяговые подстанции и электротяговая сеть) частей (рис. 6.1). На тепловых, гидравлических и атомных электростанциях вы- рабатывается трехфазный переменный ток напряжением 6...21 кВ и частотой 50 Гц. Для передачи электрической энергии к потреби- телям напряжение на трансформаторных подстанциях повышают до 750 кВ в зависимости от протяженности высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП). Вблизи мест потребления электроэнергии напряжение понижают до 110... 220 кВ и подают в районные сети, к которым наряду с другими потребителями подключены тяговые подстанции электрифицированных железных дорог и трансформа- торные подстанции дорог с тепловозной тягой. Нарушение электро- снабжения железных дорог может привести к сбою в движении по- ездов. Чтобы обеспечить надежное питание электроэнергией тяговой сети железнодорожного транспорта, как правило, предусматривают ее подключение к двум независимым источникам. В отдельных случа- ях допускается питание от двух одноцепных линий электропередачи или одной двухцепной. Тяговая сеть состоит из контактных и рельсовых проводов, пред- ставляющих собой соответственно питающую и отсасывающую ли- 74 нии. Участки контактной сети подсоединяют к соседним тяговым подстанциям. Это позволяет более равномерно загружать подстан- ции и контактную сеть, что в целом способствует снижению потерь электроэнергии в тяговой сети. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Рис. 6.1. Схема электроснабжения железной дороги: 1 – электростанция; 2 – повышающий трансформатор; 3 – высоковольтный выключатель; 4 – линия электропередачи; 5 – тяговая подстанция; 6 – блок быстродействующих выключателей и разъединителей; 7 – отсасывающая линия; 8 – питающая линия; 9 – выпрямитель; 10 – тяговый трансформатор; 11 – высоковольтный выключатель; 12 – разрядник 75 6.2. Системы тока. Напряжение в контактной сети На железных дорогах России используют две системы электро- снабжения: постоянного и однофазного переменного тока. Тяга на трехфазном переменном токе не получила распространения, посколь- ку технически сложно изолировать близко расположенные провода двух фаз контактной сети (третья фаза – рельсы). Электрический подвижной состав обеспечивают тяговыми двига- телями постоянного тока, так как предлагаемые модели двигателей переменного тока не отвечают предъявляемым требованиям по мощ- ности и надежности. Поэтому железнодорожные линии снабжают системой однофазного переменного тока, а на локомотивах устанав- ливают специальное оборудование, преобразующее переменный ток в постоянный. Правилами технической эксплуатации регламентированы номи- нальные уровни напряжения на токоприемниках электрического подвижного состава: 3 кВ – при постоянном токе и 25 кВ – при пере- менном. При этом определены допустимые с точки зрения обеспече- ния стабильности движения колебания напряжения: при постоянном токе – 2,7...4 кВ, при переменном – 21 ...29 кВ. На отдельных участ- ках железных дорог допускается уровень напряжения не менее 2,4 кВ при постоянном токе и 19 кВ – при переменном. Основными параметрами, характеризующими систему электро- снабжения электрифицированных железных дорог, являются мощ- ность тяговых подстанций, расстояние между ними и площадь сече- ния контактной подвески. На железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе, тяговые подстанции выполняют две функции: понижают напряжение подводимого трехфазного тока и преобразуют его в постоянный. Все оборудование, подающее переменный ток, размещается на открытых площадках, а выпрямители и вспомогательные агрегаты – в закрытых помещениях (рис. 6.2). От тяговых подстанций электроэнергия по- ступает в контактную сеть по питающей линии – фидеру. Основными недостатками системы электроснабжения постоянно- го тока являются его полярность, относительно низкое напряжение и отсутствие возможности обеспечить полную электроизоляцию верхнего строения пути от нижнего. Рельсы, служащие проводника- ми тока разной полярности, и земляное полотно представляют собой систему, в которой возможна электрохимическая реакция, приводя- щая к коррозии металла. В результате снижается срок службы рельсов 76 и искусственных сооружений. Для предотвращения этого применя- ют соответствующие защитные устройства (анодные заземлители, катодные станции и др.). Из-за относительно низкого напряжения ( U = 3 кВ) в системе постоянного тока по контактной сети к элек- трическому подвижному составу подводится мощность при боль- шой силе тягового тока. Для этого тяговые подстанции размещают недалеко друг от друга (10... 20 км) и увеличивают площадь сечения проводов контактной подвески. Рис. 6.2. Общий вид тяговой подстанции При переменном токе повышается эффективность использования электрической тяги, поскольку по контактной сети передается тре- буемая мощность при меньшей силе тока по сравнению с системой постоянного тока. Тяговые подстанции в этом случае располагаются на расстоянии 40... 60 км друг от друга. Их задачей является только понижение напряжения со 110...220 до 25 кВ, поэтому их техническое оснащение проще и дешевле, чем у тяговых подстанций постоянного тока. Кроме того, в системе однофазного переменного тока площадь сечения проводов контактной сети примерно в два раза меньше. 77 Для размещения оборудования на тяговых подстанциях при пере- менном токе используют открытые площадки. Однако конструкция локомотивов и электропоездов при переменном токе сложнее, а их стоимость выше. В результате воздействия электромагнитного поля переменного тока на металлические конструкции и коммуникации, расположенные вдоль железнодорожных путей, в них появляется опасное для людей напряжение, а в линиях связи и автоматики воз- никают помехи. Поэтому применяют особые меры защиты сооруже- ний. Затраты на такие защитные меры, как улучшение электрической изоляции между рельсами и землей, замена воздушных линий кабель- ными или радиорелейными, составляют 20...25% общей стоимости работ по электрификации. Стыкование контактных сетей линий, электрифицированных на постоянном и переменном токе, осуществляют на специальных железнодорожных станциях. В ряде случаев, когда создание таких станций представляется нецелесообразным, применяют электро- возы двойного питания, работающие как на постоянном, так и на переменном токе. |