На кривых (поворотных) участках железной дороги возникает потребность в наклоне кузова вагона для компенсации центробежной силы. На канале уже много материала по этой теме. Если вы впервые об этом слышите, то рекомендую начать знакомство со статьи Борьба с центробежной силой на железной дороге.
В этой статье я хочу рассказать про способы создания этого наклона, которые применяют в разных странах. Эти способы можно разделить на 4 вида:
- Способ наклона кузова относительно внутреннего рельса;
- Способ наклона кузова относительно центра колеи;
- Способ наклона кузова относительно центра тяжести вагона;
- Смешанный способ для самонаклоняющихся вагонов
1 Способ наклона кузова относительно внутреннего рельса
Способ создания наклона кузова относительно внутреннего рельса или как говорят асимметричное возвышение - это доминирующий в мире способ. Его применяют во всех странах, в том числе и на скоростных дорогах, например, Германии, Франции, Китая, Испании, Японии. И у нас это традиционный способ наклона, за исключением случаев устройства железной дороги в тоннеле, где применяется второй способ.
Этот способ очень практичный из-за своей простоты устройства. Внутренний рельс на криволинейном участке пути у нас остается всегда неподвижным. А регулируем мы угол наклона при помощи подсыпки под один конец шпалы камней (суфляж), тем самым наклоняя балластную призму. Просто и практично. Неудивительно, что этот способ доминирует в мире.
Признаются и недостатки данного способа, которые вызваны смещением центра тяжести вагона от вертикальной линии, на которой он изначально был. Из-за этого создается дополнительный опрокидывающий момент. Смотрите ниже на смещение центра тяжести (розовая точка) от вертикальной линии.
Кроме того, фактическая ось железной дороги при таком способе отклоняется от проектной оси, что влечет за собой ухудшения кинематических характеристик движения во время постепенного изменения наклона, то есть на участках переходных кривых. А это увеличивает вероятность возникновения всякого рода колебаний. Смотрите ниже за отклонением зеленой точки - центра колеи.
2 Способ наклона кузова относительно центра колеи
Способ создания наклона кузова относительно центра колеи или как говорят симметричное возвышение - это редкий в мире способ. В основном его применяют в тоннелях, так как при таком способе уменьшается высота на которую поднимается вагон. Но вот в Швейцарии, а именно на Швейцарских федеральных железных дорогах его применяют и на открытой местности.
Здесь одновременно понижается внутренний рельс и возвышается наружный. Ещё одним плюсом помимо снижения высоты является то, что фактическая ось колеи совпадает с проектной осью. Смотрите ниже на соответствующую схему.
При одновременном отводе внутреннего и наружного рельса взаимно уничтожаются дополнительные вертикальные ускорения на переходных кривых. Об этих ускорениях мы говорили в ролике про супер модель для скоростной железной дороги!
Применив такой способ возвышения, у нас также, как и в первом способе, будет смещаться центр тяжести от вертикальной линии, из-за чего создается дополнительный опрокидывающий момент.
Но при таком устройстве будет сложнее изменять положение сразу двух рельсовых нитей. А затем будет также сложнее контролировать и обслуживать такую конструкцию во время эксплуатации железной дороги.
Не так очевидно то, что этот способ «съедает» под внутренним рельсом полезную толщину балласта под шпалой.
Под шпалой, а именно в области крепления рельса, должна всегда соблюдаться нормативная толщина балласта. И чтобы соблюдать норматив при данном способе, придется либо «подкопаться» на кривом участке пути, либо заранее делать балластную призму толще, что является нерациональным использованием материалов.
3 Способ наклона кузова относительно центра тяжести вагона
Способ создания наклона кузова относительно центра тяжести это еще более редкий способ. Он появился только благодаря развитию проектирования переходных кривых и используется сейчас на экспериментальных участках в Европе, информацию о которых крайне тяжело найти в сети. Точно известно, что он применятся в Австрии.
При таком способе центр тяжести вагона вообще не смещается относительно вертикальной линии, что очень хорошо уменьшает вероятность создания дополнительного динамического воздействия на железнодорожный путь.
Но при этом, как и во втором способе, возникает необходимость в устройстве, а в дальнейшем контроле и содержании изменения положения сразу двух рельсовых нитей. Этот способ также «съедает» полезную толщину балласта под шпалой в районе внутреннего рельса, что усложняет конструкцию земляного полотна в кривой или требует утолщения балластной призмы на предшествующем прямом участке пути.
Кроме того, на переходных кривых ось железнодорожного пути получается «отбитой» наружу, из-за чего такие кривые в Европе называют out-swinging. Более подробно о таких кривых вы можете почитать в этой статье.
Главным недостатком такого способа является то, что он предполагает движение поездов с одинаковым расположением центра тяжести. Что при смешанном движении будет проблемой, ведь грузовой состав, как правило, состоит из вагонов, у которых расположение центра тяжести будет различным.
При смешанном движении, при нахождении средневзвешенного уровня центра тяжести, качество данного способа будет хуже, в сравнении с движением одинаковых вагонов.
4 Смешанный способ для самонаклоняющихся вагонов
Смешанный способ создания наклона кузова применяют во время движения поездов с наклоняемыми вагонами. Это уже старенькая технология, которая применятся для скоростного движения, например, в Японии, в Китае, в США, в Германии, во Франции, в Великобритании, в Испании, в Швеции. У нас такой способ ранее применялся на поездах Аллегро, который ездил в Финляндию.
К такому способу прибегают тогда, когда возникает необходимость наклонить вагон сильнее, чем позволяет конструкция возвышения рельса. Напомню, что существует предел. Например, в России это 5.36 градусов, что соответствует максимальному возвышению в 150 мм. Откуда взялась цифра 150 вы можете узнать в этой статье.
Наклон вагона смешивается с наклоном рельсошпальной решетки. Это хорошо видно на приложенной ниже схеме.
Такой способ реализуем и на асимметричном, и симметричном отводе возвышения рельса. Что касается способа наклона кузова вокруг его центра тяжести, то смешанный способ тоже позволяет это сделать, но очевидно, такая реализация требует довольно жесткого контроля.
Способ очень классный для кривых участков пути с постоянным радиусом. На большой скорости центробежное ускорение негативно влияет на пассажиров. Мы решаем проблему - донаклоняем кузов на нужный угол. Но вот на участках переходных кривых - способ крайне трудный, так как требует жестких требований к автоматике наклоняемого кузова.
Дело в том, что на переходной кривой из-за постепенного изменения наклона вагона возникают дополнительные центробежные силы. Эти силы минимальны на уровне головок рельсов и максимальны на уровне токоприемника. Поэтому нас укачивает сильнее на верхних полках, и тем более на вторых этажах. Я писал об этом явлении в этой статье.
Меня, кстати, часто упрекают в том, когда я рассказываю про переходные кривые, что автоматический наклон вагона решит все проблемы даже на таком нестабильном участке, которым является переходная кривая. Это можно видеть по комментариям к этой статье и к приложенному к ней ролику.
Также я часто сталкиваюсь с мнением, что будет лучше проектировать вагон с качественными рессорами и гасителями колебаний, чем заниматься геометрией переходной кривой. Ведь в таком случае, якобы, можно будет ездить по самому «убитому» и неровному пути. Ну, ребята, может быть для восстановительного поезда классная тема, но не для скоростного же. На практике, даже если вы поедете в вагоне с хорошими динамическими характеристиками, то на полках вас будет укачивать всё равно сильнее, так как боковую качку, в первую очередь, создает геометрия оси железнодорожного пути, а уже потом её «отрабатывают» и гасят конструкторские особенности вагона.
Спасибо, что прочитали, ставьте лайки 👍 и подписывайтесь!
