Геометрия трека - Track geometry

Тройная колея, используемая на станционных дворах на Gladstone & Питерборо в Южная Австралия

Геометрия трека трехмерный геометрия планировок путей и связанных с ними измерений, используемых при проектировании, строительстве и обслуживании железная дорога треки. Этот предмет используется в контексте стандартов, ограничений скорости и других правил в области колея, выравнивание, отметка, кривизна и поверхность гусеницы.^[1] Хотя геометрия дорожек по своей природе трехмерна, стандарты обычно выражаются в двух отдельных схемах для горизонтальный и вертикальный.

Макет

Горизонтальная планировка

Касательная дорожка синего цвета, переходная спираль красного цвета и изогнутая дорожка зеленого цвета.

Горизонтальная схема - это расположение дорожек на горизонтальной плоскости. Это можно рассматривать как вид сверху который представляет собой вид трехмерной дорожки с позиции над дорожкой. В геометрии пути горизонтальное расположение включает расположение трех основных типов путей: касательная трасса (прямая линия), изогнутый путь, и кривая перехода пути (также называемый переходная спираль или же спираль), который соединяет касательную и криволинейную дорожку.

В Австралии есть специальное определение для сгибать (или горизонтальный изгиб), который представляет собой соединение двух касательных путей под углом почти 180 градусов (с отклонением не более 1 градуса 50 минут ) без промежуточной кривой. Существует набор ограничений скорости для поворотов отдельно от обычной касательной трассы.^[2]

Вертикальная планировка

Вертикальное расположение - это расположение дорожек на вертикальной плоскости. Это можно рассматривать как вид на возвышенность это вид сбоку пути, чтобы показать высоту пути. В геометрии пути вертикальная компоновка включает в себя такие понятия, как перекрестный уровень, наклон и градиент.

Контрольный рельс

Контрольная рейка - это опорная рейка, которая используется в качестве контрольной точки для измерения. Он может отличаться в разных странах. Большинство стран используют один из рельсов в качестве опорного рельса. Например, в США эталонный рельс используется в качестве железнодорожная линия который является восточным рельсом касательного пути, идущим на север и юг, северным рельсом касательного пути, идущим на восток и запад, внешним рельсом (рельсом, который находится дальше от центра) на поворотах или внешними рельсами на территории с несколькими путями.^[3] Для швейцарской железной дороги опорным рельсом для касательного пути является центральная линия между двумя рельсами, но это внешний рельс для изогнутого пути.^[4]

Ширина колеи

Основная статья: Ширина колеи

Ширина колеи или же колея (также известный как колея В Соединенных Штатах^[5]) - расстояние между внутренними сторонами (калибровочными сторонами) головок двух несущие рельсы которые составляют единую железнодорожную ветку. В каждой стране используются разные колеи для разных типов поездов. Тем не менее 1435 мм (4 футов8 ¹⁄₂ в) колея составляет основу 60% железных дорог мира.

Поперечное возвышение

Crosslevel

Измерение поперечного уровня между двумя рельсами

Crosslevel (или «поперечный уровень») - это измерение разницы в отметке (высоте) между верхней поверхностью двух рельсов в любой точке железнодорожного пути. Две точки (каждая в головке каждого рельса) измеряются под прямым углом к эталонный рельс. Поскольку рельс может немного двигаться вверх и вниз, измерения следует проводить под нагрузкой.

Говорят, что это нулевой перекрестный уровень когда нет разницы в высоте обоих рельсов. Говорят, что это обратный перекрестный уровень когда внешний рельс криволинейного пути имеет меньшую отметку, чем внутренний рельс. В противном случае поперечный уровень выражается в единицах высоты.

Ограничения скорости регулируются пересечением трассы. На касательном пути желательно иметь нулевой поперечный уровень. Однако отклонение от нуля может иметь место. Во многих правилах есть спецификации, связанные с ограничениями скорости на определенных участках трассы в зависимости от перекрестка.^[5][6]

Для криволинейного пути в большинстве стран используется термин косяк или же вираж чтобы выразить разницу в высоте и соответствующих правилах.

Деформация

Деформация - разница в уровне сечения любых двух точек в пределах определенного расстояния вдоль пути. Параметр деформации в геометрии дорожки используется для указания максимальной разницы между уровнями дорожки в любом сегменте (касательных, кривых и спиралей).

Без максимального параметра деформации регулирование только на поперечном уровне может оказаться недостаточным. Рассмотрим рельсы с положительным поперечным уровнем, за которым следует отрицательный поперечный уровень, за которым следует последовательность чередующихся положительных и отрицательных поперечных уровней. Хотя все эти поперечные уровни входят в допустимый параметр, при движении поезда по такому пути движение будет раскачиваться влево и вправо. Таким образом, максимальный параметр деформации используется для предотвращения критического гармонический состояние обрыва, которое может привести к раскачиванию поездов вперед и назад и сход с рельсов следующий подъем колеса.^[6]

В Соединенных Штатах конкретное расстояние, используемое для измерения, чтобы гарантировать, что разница в поперечном уровне пути находится в пределах допустимого параметра деформации, составляет 62 фута. Расчетная деформация равна нулю как для касательной, так и для криволинейной дорожки. Это означает, что в идеале перекрестный уровень не должен изменяться между любыми двумя точками в пределах 62 футов. Есть некоторые отклонения, позволяющие изменять поперечные уровни вдоль трассы (например, изменение виража на поворотах). Различные уровни этих отклонений от нулевой деформации определяют пределы скорости.^[5]

Спецификация, в которой основное внимание уделяется скорости изменения поперечных уровней криволинейного пути, содержится в области, относящейся к наклонный градиент.

Продольный подъем

Градиент трека

d = пройденное расстояние по горизонтали
Δh = подъем
l = длина откоса
α = угол наклона

Основная статья: Уклон (уклон) § Железные дороги

Дальнейшая информация: Правящий градиент

Период, термин трек градиент - относительная высота двух рельсов вдоль пути. Это может быть выражено расстоянием, пройденным по горизонтали для подъема на одну единицу, или с точки зрения угла наклона или процентной разницы в высоте для данного расстояния пути.

Допустимые градиенты могут быть основаны на правящий градиент который представляет собой максимальный уклон, по которому тоннажный состав может буксировать один локомотив. В некоторых странах, градиент импульса может быть разрешен более крутой, но более короткий градиент. Обычно это происходит, когда градиент пути соединяется с выровненным касательным путем, достаточно длинным без сигнала между ними, чтобы поезд мог набирать обороты, чтобы преодолевать более крутой уклон, чем без импульса.

На изогнутых путях (с перекосом или без него) будет оказываться сопротивление кривой, чтобы проталкивать поезда через поворот. Допустимые градиенты могут быть уменьшены на кривых, чтобы компенсировать дополнительное сопротивление кривой.^[2] Градиент должен быть равномерным по всей дорожке.

Вертикальная кривая

Вертикальная кривая кривая в вертикальной компоновке для соединения двух градиентов дорожки вместе, независимо от того, предназначена ли она для изменения Обновить к понижению (вершине), переходу от пониженного к повышению (провисанию или впадине), изменению двух уровней улучшений или изменению двух уровней понижений.

В некоторых странах отсутствует спецификация точной геометрии вертикальных кривых, помимо общих спецификаций по вертикальному выравниванию. В Австралии есть спецификация, согласно которой форма вертикальных кривых должна основываться на квадратичная парабола но длина данной вертикальной кривой рассчитывается на основе круговой кривой.^[2]

Кривизна

Кривая с виражом трассы на Коридор Keystone возле Роземонт, штат Пенсильвания

В большинстве стран измерение кривизна криволинейного пути выражается в радиус. Чем короче радиус, тем круче кривая. Для более крутых поворотов ограничения скорости ниже, чтобы предотвратить горизонтальный выход наружу. центробежная сила чтобы опрокинуть состав, направив его вес на внешний рельс. Cant может использоваться для обеспечения более высоких скоростей на той же кривой.

В США измерение кривизны выражается в степень кривизны. Это делается с помощью аккорд 100 футов (30,48 м), соединяющих две точки на дуге опорного рельса, то рисунок радиусов от центра к каждому из концевых точек хорды. Угол между линиями радиусов - это степень кривизны.^[7] Степень кривизны обратный радиуса. Чем больше степень кривизны, тем острее кривая. Такое выражение кривой позволяет геодезистам использовать оценки и более простые инструменты для измерения кривой. Это может быть сделано с помощью строковой линии 62 футов (18,90 м), чтобы быть аккорд, чтобы соединить дуги на стороне избыточной опорного рельса. Затем в средней точке линии струны (на 31-м футе) производится измерение от линии струны до колеи эталонного рельса. Число дюймов в этом измерении приблизительно равно числу градусов кривизны.^[5]

Из-за ограничения того, как конкретное оборудование поезда может совершать поворот на максимальной скорости, существует ограничение на минимальный радиус кривой для контроля резкости всех поворотов на заданном маршруте. Хотя в большинстве стран для измерения кривизны используется радиус, термин максимальная степень кривизны все еще используется за пределами Соединенных Штатов, например, в Индии, но с радиусом в качестве единицы измерения.^[8]

Не могу

Основная статья: Не могу (автомобильный / железнодорожный)

Установлен уровень железнодорожных путей с указанием 5-дюймового виража между внутренней и внешней рельсами кривой вдоль коридора Keystone возле Нарберта, штат Пенсильвания.

На изогнутых путях он обычно предназначен для подъема внешнего рельса, обеспечивая наклонный поворот, что позволяет поездам маневрировать по кривой на более высоких скоростях, что в противном случае было бы невозможно, если бы поверхность была ровной или ровной. Это также помогает поезду двигаться по кривой, предохраняя фланцы колес от давления на рельсы, сводя к минимуму трение и износ. Измерение разницы в высоте между внешним рельсом и внутренним рельсом называется косяк в большинстве стран. Иногда наклон измеряется не по высоте, а по углу.^[9] В США он измеряется разницей в высоте и называется поперечным уровнем даже для криволинейной дороги.

Когда внешний рельс находится на более высоком уровне, чем внутренний рельс, он называется положительный косяк. Обычно это желаемый макет для криволинейного пути. Большинство округов достигают желаемого уровня положительного наклона, поднимая внешнюю направляющую до уровня, который называется вираж. На швейцарских железных дорогах косяк делается вращением на ось трека (центр двух направляющих), чтобы внешняя направляющая была приподнята (приподнята) с половинной скоростью желаемого перекоса, а внутренняя направляющая - ниже (опущена) с такой же половинной скоростью, что и желаемый перекос.

Когда внешний рельс находится ниже уровня внутреннего рельса, он называется отрицательный косяк (или обратный кросс-уровень в США). Обычно это не желаемый макет, но он может быть неизбежен в некоторых ситуациях, например, в кривых, включающих стрелки.

Существуют правила, ограничивающие максимальный наклон. Это необходимо для контроля разгрузки колес на внешней направляющей (верхней направляющей), особенно на низких скоростях.

Невозможно градиент

Невозможно градиент - величина, на которую увеличивается или уменьшается наклон на заданной длине дорожки. Изменение наклона требуется для того, чтобы соединить касательную дорожку (без наклона) с изогнутой дорожкой (с наклоном) через переходную кривую. В скорость изменения косяка используется для определения подходящего уклона для заданной проектной скорости. Поворот трека также может использоваться для описания градиента наклона, который может быть выражен в процентах изменения наклона на единицу длины.^[4] Тем не менее, в Великобритании термин крутизна пути обычно используется в контексте уклона с более высокими значениями, которые считаются ошибками.^[9]

В Соединенных Штатах, необходимый градиент наклона на переходной кривой для достижения плавного соединения между виражом криволинейной дорожки и нулевым поперечным уровнем касательной дорожки называется сток виража. В дополнение к спецификации стока, правила, касающиеся допустимой скорости изменения бруса, также являются частью общей спецификации скорости изменения поперечного уровня, называемой параметром деформации. Параметр деформации и наклон виража помогают рассчитать необходимую длину стока для переходной кривой.^[6]

Не может дефицит

Основная статья: Не может дефицит

Как описано, наклон можно использовать для уменьшения поперечного ускорения поездов, движущихся по криволинейным путям. Это необходимо для баланса центробежная сила (сила, выталкивающая кривую наружу) и центростремительная сила (сила, толкающая кривую внутрь). На более высокой скорости центробежная сила выше. Напротив, более высокий наклон создает более высокую центростремительную силу. Расчет для этого предполагает постоянную скорость поезда на кривой постоянного радиуса.

Когда скорость поезда и количество косяков неуместны. баланс (центробежные спички центростремительные), его называют равновесие. Это сделало бы компоненты силы колеса на рельс перпендикулярно плоскости рельса, имея в совокупности то же самое для внешнего рельса, что и для внутреннего рельса. Это также заставит пассажиров в поезде не ощущать боковое ускорение (толчок в сторону).

Для фиксированного количества косяков скорость, которая создает баланс, называется равновесная скорость. Для постоянной скорости движущегося поезда количество наклонов, необходимое для достижения баланса, называется равновесие.^[9]

На практике поезда не ходят по перекладинам на поворотах. Ситуация называется дисбаланс, который может быть одним из двух следующих способов. Для заданной скорости, если фактический наклон меньше равновесного, величина разницы наклонов называется косяк. Другими словами, это количество недостающего косяка для достижения баланса. Напротив, для данной скорости, если фактический наклон выше, чем равновесный наклон, величина перекоса от баланса называется не могу лишний.

В конфигурации общего пути для поездов с разными скоростями движения, таких как грузовые и высокоскоростной рельс Для пассажирских перевозок следует учитывать наклон на повороте как на высоких, так и на низких скоростях. В более высокоскоростных поездах будет наблюдаться нехватка кантов, а на низкоскоростных поездах - избыток косяков. Эти параметры оказывают значительное влияние на характеристики кривой, которая включает безопасность, комфорт пассажиров и износ оборудования и рельсов.^[10]

Выравнивание

Период, термин выравнивание используется как в горизонтальной, так и в вертикальной компоновке для описания линейной однородности (прямолинейности) рельсов.

Горизонтальное выравнивание (или выравнивание в Соединенных Штатах) выполняется с использованием заранее определенной длины струны (например, 62 фута в США и 20 метров в Австралии^[2]) для измерения вдоль калибровочной стороны эталонного рельса. Это расстояние (в дюймах или миллиметрах) от средней точки струны линии датчика опорного рельса. Расчетное горизонтальное выравнивание касательной колеи равно нулю (идеальная прямая линия на горизонтальной схеме). Расчетное горизонтальное выравнивание криволинейной дорожки в США составляет 1 дюйм на каждый градус кривизны. Любые другие показания указывают на отклонения.

Вертикальное выравнивание (или профиль в Соединенных Штатах, но не путать с железнодорожный профиль ) - однородность поверхности в вертикальной плоскости. Измерение однородности выполняется с использованием заранее определенной длины струны (обычно такой же длины используется при горизонтальном выравнивании) вдоль дорожки. Если средняя точка измерения имеет более высокую отметку, она называется отклонение горба. С другой стороны, если средняя точка имеет более низкую отметку, она называется отклонение от падения.^[6]

Эти отклонения от проектного согласования используются в качестве параметров для определения ограничений скорости.

Смотрите также

• Автомобиль геометрии трассы
• Джим Кроу, инструмент для гибки рельсов

Рекомендации

1. "Фактологический бюллетень Федерального управления железной дороги Федеральные стандарты безопасности пути" (PDF). Федеральное управление железных дорог. Получено 8 ноября 2012.
2. PART 1025 Геометрия пути (Выпуск 2 - 10.07.08 ред.). Департамент планирования транспорта и инфраструктуры - правительство Южной Австралии. 2008 г.
3. «Железнодорожный глоссарий и определения». Аллен Рейлроуд. Получено 12 ноября 2012.
4. Глаус, Ральф (2006). «2». Швейцарская тележка - модульная система для исследования пути (PDF). ISBN  3-908440-13-0.
5. "12". Стандарты железнодорожных путей (TM 5-628 / AFR 91-44) (PDF). Армия США и ВВС США. Апрель 1991. С. 12-1–12-5. Архивировано из оригинал (PDF) 27 марта 2014 г.. Получено 12 ноября 2012.
6. "5". Руководство по соблюдению норм безопасности пути Федерального управления железных дорог (PDF). Федеральное управление железных дорог. 1 апреля 2007 г. Архивировано с оригинал (PDF) 28 мая 2008 г.. Получено 13 ноября 2012.
7. «Измерение кривизны пути». ЗАПРОСИТЕ ПОЕЗДА. Журнал Поезда. Получено 13 ноября 2012.
8. Мандри, Дж. (2000). Железнодорожное строительство (3-е изд.). Нью-Дели: Паб Тата Макгроу-Хилл. п. 165. ISBN  978-0-07-463724-1. Получено 14 ноября 2012.
9. Руководство по стандартам дорожки - Раздел 8: Геометрия дорожки (PDF). Railtrack PLC. Декабрь 1998 г.. Получено 13 ноября 2012.
10. Клаузер, Питер (октябрь 2005 г.). «Работа при высоком дефиците косяка». Интерфейс - Журнал взаимодействия колеса и рельса.