Układ geometryczny toru kolejowego

Transkrypt

1 Układ geometryczny toru kolejowego 1. Układ toru w planie 2. Geometria toru w łuku 3. Skrajnia budowli 4. Rozstawy torów 5. Tor w profilu dr inż. Jarosław Zwolski

2

3 1. Trasa najbliższa linii prostej jest najlepsza (krzywizna i długość). 2. Jeżeli konieczne jest stosowanie łuków poziomych im dłuższy promień łuku tym lepiej. 3. Należy stosować jak najmniejsze kąty zwrotu stycznej. 4. Należy unikać przechodzenia lina kolejową przez obszary o dużym pochyleniu podłużnym, podmokłe, leśne i zurbanizowane. 5. Należy unikać przeciąć z drogami, rzekami, innymi liniami kolejowymi. 6. Preferowany kąt przecięcia z przeszkodą wynosi 90 ± Należy omijać zabudowania w odległości min. 300 m. 8. W przypadku stacji kolejowej należy przybliżyć tor do miejscowości na odległość m, a tor zaprojektować jako prosty na odcinku około 1.0 km, bez przecięcia z drogą czy z rzeką. Teren przeznaczony na stację powinien być możliwie płaski, z możliwością odpływu wody w kierunku poprzecznym lub podłużnym.

4 Minimalna długość odcinków prostych powinna wynosić: V max [km/h]/2.5 i nie mniej niż 30 m dla torów głównych i szlakowych (dopuszczalne V max [km/h]/3.0 lecz nie mniej niż 20 m w przypadku trudnych warunków), 10 m dla pozostałych torów R1200 R800 L R1200 R800 L Lmin Lmin Lmin Lmin Wstawki proste stosuje się po to, żeby wytłumić drgania powstające przy przejeździe taboru przez łuk oraz dla umieszczenia poszerzeń w łuku.

5 Minimalna długość odcinków łukowych powinna wynosić: V max [km/h]/2.5 i nie mniej niż 30 m dla linii kategorii 0 i 1, 30 m dla linii kategorii 2, 10 m dla linii kategorii 3. L L min L min R3000 R1200

6 Podczas przejazdu zestawu kołowego po łuku koła jednej osi poruszają się po rożnych promieniach szyn w związku z czym może występować tak zwane klinowanie się zestawów kołowych w łukach toru. Dla ułatwienia przejścia pojazdów po łukach stosuje się: - przesuwność podłużną i poprzeczną zestawu kołowego, - wózki skrętne (zwrotne), - luz między obrzeżami kół, a wewnętrznymi krawędziami główek szyn w torze (około 7 mm), - przechyłkę toru. - poszerzenie toru na łuku w stosunku do nominalnego rozstawu szyn, - skos powierzchni tocznej koła w wymiarze 1:20 oraz takie samo pochylenie poprzeczne szyn do wewnątrz (funkcja mechanizmu różnicowego).

7 źródło: Osie osadzone sztywno Osie osadzone sprężyście umożliwiają obrót

8 Efekt samocentrowania się kół na prostej Naturalne przechylenie się do środka łuku Skrócenie drogi toczenia od wewnątrz mechanizm różnicowy

9

10 Na prostej i na łuku o promieniu równym i większym od 250 m rozstaw szyn wynosi 1435 mm. W łukach mniejszych należy zwiększyć ten rozstaw o wartość poszerzenia wg tabeli, odsuwając szynę wewnętrzną w kierunku do środka łuku. Przejście od szerokości nominalnej do zwiększonej należy zrealizować na długości krzywej przejściowej. Promień łuku [m] Poszerzenie w torze [mm] R R < R < R < R <

11 W torach w łuku o R<300 m przy szynie wewnętrznej, na całej długości łuku i krzywych przejściowych należy zainstalować prowadnicę z szyny staroużytecznej lub z kształtownika z prześwitem 60 mm.

12 Przy projektowaniu geometrii toru należy przyjmować model ruchu punktu materialnego określony następującymi parametrami: niezrównoważone przyspieszenie odśrodkowe a dop [m/s 2 ], niezrównoważone przyspieszenie dośrodkowe a t [m/s 2 ], przyrost przyspieszenia Y [m/s 3 ], prędkość podnoszenia się koła na rampie przechyłkowej f [mm/s]. Biorąc pod uwagę maksymalne wartości tych parametrów podane w Dz. U nr 151 i przepisy po nowelizacji (2014) projektuje się geometrię następujących elementów toru: przechyłkę w łuku, rampę przechyłkową, krzywą przejściową, połączenia łuków bez wstawki prostej, tzw. łuki koszowe. Szczegółowe zasady kształtowania geometrii torów PKP PLK określa Id-1, Moduł A3, Warszawa, 2015 r.

13

14 Tylko pociągi pasażerskie h pas = 11.8 V 2 max R Tylko pociągi towarowe h tow = 11.8 V t 2 R

15 Pociągi pasażerskie Pociągi towarowe h min 11.8V R 2 max s g a dop h 11.8V R 2 t s g a t h max

16 a dop a t

17 UWAGI: 1. Ze względów bezpieczeństwa przechyłka powinna mieścić się w zakresie od 20 do 150 mm. 2. Ze względów wykonawczych przechyłka powinna być zaokrąglona do 5 mm. 3. Przy doborze przechyłki należy wziąć pod uwagę strukturę ruchu oraz rzeczywistą prędkość ruchu - > minimalizacja niedoboru przechyłki Każdorazowo należy dostosować szerokość torowiska tak, aby szerokość ław na łuku nie była mniejsza niż 60 cm.

18

19 UWAGI: 1. Przechyłki nie stosuje się: w łukach torów bocznych na stacjach, w łukach torów zwrotnych rozjazdów leżących w torze prostym, w łukach torów gdzie prowadzony jest ruch z prędkością 30 km/h, na bocznicach kolejowych długości do 1 km. 2. Jeżeli obliczona wartość maksymalnej przechyłki < 20 mm przyjmuje się h=0 mm. 3. Jeżeli obliczona wartość minimalnej przechyłki > 150 mm należy przyjąć h=150 mm i ograniczyć prędkość. 4. Każdorazowo należy sprawdzić czy odśrodkowe i dośrodkowe przyspieszenia niezrównoważone są mniejsze od dopuszczalnych: 2 h a~ vmax p = a dop R 153 a~ h 153 v R 2 t t = a t

20 UWAGI: 1. System pasywny umożliwia uzyskanie kąta System aktywny umożliwia uzyskanie kąta Prędkość maksymalną po łuku o promieniu R dla wagonu z wychylnym pudłem można obliczyć następująco: v max = R h max 11.8 h gdzie: h max - maksymalna wartość przechyłki = 150 mm, h - maksymalny niedobór przechyłki = 92 mm, vmax= 5. 4 v = 6. 2 max R R - system pasywny, g = 3, - system aktywny, g = 8. Na wózki wagonów będzie działać przyspieszenie niezrównoważone na poziomie 2.0 m/s 2, natomiast na pasażerów mniej niż 0.6 m/s 2.

21 Pomiędzy odcinkiem bez przechyłki a odcinkiem łukowym z przechyłką należy stosować rampę przechyłkową, zwykle o liniowej zmienności przechyłki: h x =h x l Długość rampy powinna być tak dobrana, żeby pochylenie podłużne rampy nie przekraczało 2 mm/m.

22 Wzory na zasadniczą i dopuszczalną długość rampy zostały wyznaczone zakładając, że prędkość podnoszenia się koła po rampie jest mniejsza od wartości odpowiednio: zasadniczej (28 mm/s) i dopuszczalnej (50 mm/s). Prędkość podnoszenia się koła jest wyznaczana ze wzoru: vmax h vmax h vmax h f= f dop stąd np. l 3.6l W trudnych warunkach terenowych oraz przy modernizacji linii można zastosować rampę przechyłkową krzywoliniową paraboliczną: lub cosinusoidę: 3x h x =h 2 l = h x 2 2x l 3 3 h x l cos 2 l

23 Krzywe przejściowe projektuje się w celu złagodzenia punktowego przyłożenia siły odśrodkowej bezwładności i stopniowego wzrostu przyspieszeń bocznych na połączeniu prostej i łuku oraz na połączeniu 2 łuków (tzw. koszowych). Najczęściej projektuje się parabolę 3, dla której krzywizna (a zatem i przyspieszenia boczne) jest liniowo zmienna, o równaniu: 3 x y 6Rl x x x Jest to pierwsze przybliżenie klotoidy y Rl 336R l 42240R l Minimalna długość krzywej przejściowej: a) dla łuków z przechyłką: b) dla łuków bez przechyłki: v a~ p a~ t ) 3 max max(, vmax l l R l v max h f dop 3.6 dop l 0. 7 R dop

24 a) łuk kołowy i prosta, b), c) prosta, łuk kołowy i krzywe przejściowe

25 Krzywych przejściowych można nie stosować: 1) w torach stacyjnych bocznych, 2) w łukach koszowych pod warunkiem nie przekroczenia w miejscu zmiany krzywizny toru (zetknięcia łuków o różnych promieniach) wartości dopuszczalnego przyrostu przyspieszenia liczonego dla sztywnej bazy wagonu b=20 m, vmax br dop 3) w innych torach, na których prowadzony jest ruch z prędkością równą lub mniejszą od 30 km/h.

26 Skrajnia budowli jest to zarys figury płaskiej, stanowiący podstawę do określania wolnej przestrzeni dla ruchu pojazdów szynowych, na zewnątrz której powinny znajdować się wszelkie budowle, urządzenia i przedmioty położone przy torze, z wyjątkiem urządzeń przeznaczonych do bezpośredniego współdziałania z taborem jak na przykład hamulce torowe w stanie roboczym i przewody jezdne. UWAGI: 1. Wymiary skrajni w kierunku pionowym liczy się w [mm] od powierzchni główki szyny, a w kierunku poziomym - od osi toru. 2. Wymiary skrajni budowli obowiązują na prostych odcinkach toru oraz w łukach o promieniu większym niż 4000 m, natomiast w łukach o promieniach 4000 m i mniejszych należy stosować poszerzenie poziomych wymiarów skrajni. 3. Szczegółowe przepisy dotyczące skrajni na torach PKP PLK są opisane w Id-1, Moduł 2, Warszawa 2015 r.

27

28

29

30

31

32 OBJAŚNIENIA DO RYSUNKÓW: AB - na przystankach, ABC - na obiektach mostowych długości ponad 20 m bez wykuszy z jazdą górą, ABCDE - na szlakach, z wyjątkiem peronów na przystankach i przestrzeni na i pod obiektami mostowymi, ABGDE - pod nowo budowanymi obiektami mostowymi na szlaku, FG - na stacyjnych torach głównych zasadniczych i dodatkowych oraz na obiektach mostowych długości poniżej 20 m lub długości powyżej 20 m z jazdą dołem, jeżeli istnieje wolna przestrzeń w płaszczyźnie dźwigara głównego, FGD - na obiektach mostowych długości poniżej 20 m lub długości powyżej 20 m z jazdą górą w przypadku zastosowania wykuszy oraz pod istniejącymi obiektami mostowymi na szlaku, HI - na torach stacyjnych, z wyjątkiem torów głównych zasadniczych i dodatkowych.

33 Most z jazdą górą Most z jazdą dołem

34 W torach położonych w łukach o promieniach m i mniejszych, pudła pojazdów szynowych będą ustawiać się równolegle do cięciwy, którą wyznaczają czopy skrętu wózków oraz ulegać będą pochyleniom do wewnątrz łuku, zgodnie z przechyłką, jaka występuje na części kolistej łuku. Należy wtedy poszerzyć skrajnię: od strony wewnętrznej łuku bw= br bh od strony zewnętrznej łuku bz= b R gdzie: b R - poszerzenie wywołane ustawianiem się pojazdu wzdłuż cięciwy, b h - poszerzenie wywołane przechylaniem się pudła pojazdu. Hih bh h H i - kolejne wymiary pionowe skrajni na prostej [mm], h - maksymalna wartość przechyłki jaka występuje na łuku [mm].

35 Szerokość międzytorza [m] Międzytorza niezabudowanych linii modernizowanych Przy prędkości mniejszej od 160 km/h Przy prędkości większej od 160 km/h Międzytorza niezabudowanych linii nowych Międzytorza, gdzie przewiduje się ustawienie stałych sygnałów, słupów sieci oświetleniowej lub energetycznej Międzytorza, gdzie przewiduje się ustawienie słupów sieci trakcyjnej

36 UWAGI: 1. Ze względu na obrót skrajni taboru obu torów należy zwiększyć ich rozstaw o wartość poszerzenia międzytorza a r (Dz.U. nr 151). 2. Poszerzenie można nadać przesuwając tor wewnętrzny do wewnątrz.

37

38 SPOSÓB 1 Dwa łuki kołowe odwrotne (R<4000 m) z 4 krzywymi przejściowymi UWAGI: 1. Najczęściej R między 1500 m i 2500 m 2. Wstawka prosta p dla linii magistralnych i pierwszorzędnych p min [m] = V max [km/h] / 2.5 i minimum 30 m, dla linii drugorzędnych p min = 30 m, dla linii znaczenia miejscowego p min = 10 m, 3. Długość łuku kołowego: k min = p min

39 SPOSÓB 2 Dwa łuki kołowe odwrotne (R>4000 m) bez krzywych przejściowych UWAGI: 1. Łuki muszą być styczne do siebie w punkcie połączenia. 2. Nie ma krzywych przejściowych ani przechyłki, wiec nie ma też ramp przechyłkowych.

40 SPOSÓB 3 Cztery krzywe przejściowe bez łuków kołowych UWAGI: 1. W torze o takiej geometrii nie wykonuje się przechyłki. 2. Należy sprawdzić czy szybkość zmiany przyspieszenia Y niezrównoważonego jest mniejsza od 0.3 m/s 3.

41 Porównanie metod

42 1. Trasa powinna być poprowadzona w optymalnym nasypie m (odwodnienie). 2. Minimalna wysokość nasypu wynosi 0.6 m (odwodnienie). 3. Należy dążyć do jak najbardziej płaskiego przebiegu niwelety w terenie (ekonomia). W nasypie może być ona prowadzona całkiem poziomo, w przekopie z co najmniej 3 pochyleniem (odwodnienie). 4. Należy dążyć do jak najdłuższych odcinków o jednostajnym pochyleniu podłużnym (ekonomia i komfort jazdy). 5. Zależy dążyć do jak najmniejszych kątów załomu niwelety (ekonomia i komfort jazdy). 6. Nie wolno lokalizować załomów wklęsłych w przekopie (odwodnienie). 7. Należy dążyć do równoważenia wykopów i nasypów na całej linii (ekonomia). 8. Załomy niwelety nie powinny znajdować się na mostach, wiaduktach, przejazdach kolejowych (ekonomia, komfort jazdy i obciążenie obiektów). 9. Preferowane są dwupoziomowe skrzyżowania z drogami (bezpieczeństwo). 10. Tor przewidziany na stację powinien być na odcinku ok. 1.0 km zaprojektowany z pochyleniem (bezpieczeństwo).

43 1. Maksymalne pochylenie podłużne i

44 2. Minimalna długość odcinka o jednolitym pochyleniu l min L t L t TRAINTRAIN i 1 i 1 i 2 L min L < L min i 3 Długość odcinka o jednolitym pochyleniu podłużnym musi być większa od długości najdłuższego składu pociągu poruszającego się po linii. Zalecane długości minimalne wynoszą: 400 m dla linii kat. 0 i 1, 300 m dla linii kat. 2, 200 m dla linii kat. 3.

45 3. Maksymalna różnica pochyleń między dwoma sąsiadującymi odcinkami brak ograniczeń i i = i 1 i 2 (ze znakiem) F e i - i 1 3 i - i 3 2 Załom wypukły i >0 1 i 3 L > L min i 2 <0 Załom wklęsły i 1 <0 i - i 1 3 L > L min F e i - i 3 2 i 2 >0

46 4. Wszystkie załomy powinny być zaokrąglone łukiem pionowym (a na pewno sprawdzone czy trzeba!) R v Promień łuku pionowego jest podany dla prędkości maksymalnej oraz kategorii linii: m dla linii o prędkości ponad 160 km/h (nowe linie), m dla linii o prędkości od 141 do 160 km/h (nowe linie) albo ponad 160 km/h (modernizowane linie), m dla linii kategorii 0 i 1, m dla linii kategorii 2, m dla linii kategorii 3. Jeżeli strzałka z < 8 mm --> nie ma łuku! Jeżeli strzałka 8 < z < 80 mm --> łuk formuje się w podsypce (ID-1) Jeżeli strzałka z > 80 mm --> łuk formuje się w podtorzu i w podsypce.

47 5. Łuk pionowy nie może koincydować z krzywą przejściową łuku poziomego R v /R h