Минимальный радиус поворота железной дороги - Minimum railway curve radius

90 футов (27,43 м) радиуса на возвышении 4 фута  8+1 / 2  в(1435 мм) стандартной колеи Чикаго 'L'. Там нет места для более длинных радиусов выше этойулице пересеченияв этомпоперечном соединениивWellsиозераулицепересеченияв северозападном углупетли

Минимальный радиус кривой железной дороги является кратчайшим допустимый радиус конструкции для осевой линии железнодорожных путей в соответствии с определенным набором условий. Это имеет важное значение для затрат на строительство и эксплуатационные расходы и, в сочетании с виражом (разница в высоте двух рельсов) в случае железнодорожных путей , определяет максимальную безопасную скорость поворота. Минимальный радиус кривой - это один из параметров при проектировании как железнодорожного транспорта, так и трамвая ; монорельсовые дороги и автоматизированные направляющие также подлежат минимальному радиусу.

История

Первой настоящей железной дорогой была Ливерпульско-Манчестерская железная дорога , которая открылась в 1830 году. Как и трамвайные пути, которые предшествовали ей более ста лет, у L&M были пологие повороты и уклоны . Причины таких пологих поворотов включают недостаточную прочность гусеницы, которая могла бы перевернуться, если бы повороты были слишком крутыми, что привело бы к сходу с рельсов. Чем плавнее повороты, тем лучше видимость, что повышает безопасность за счет повышения ситуационной осведомленности. Самые ранние рельсы были сделаны из кованого железа короткой длины , которое не гнулось, как более поздние стальные рельсы, представленные в 1850-х годах.

Факторы, влияющие на минимальный радиус кривой

Минимальные радиусы кривизны для железных дорог регулируются используемой скоростью и механической способностью подвижного состава приспосабливаться к кривизне. В Северной Америке оборудование для неограниченного обмена между железнодорожными компаниями построено с учетом радиуса 288 футов (87,8 м), но обычно используется как минимум радиус 410 футов (125,0 м), поскольку некоторые грузовые вагоны (грузовые вагоны) ) обрабатываются по специальному соглашению между железными дорогами, которые не могут выдерживать более резкую кривизну. Для обработки длинных грузовых поездов предпочтительным является радиус не менее 574 футов (175,0 м).

Самые крутые повороты, как правило, проходят на самой узкой из узкоколейных железных дорог, где почти все оборудование пропорционально меньше. Но стандартная колея может также иметь крутые изгибы, если для нее построен подвижной состав, что, однако, лишает стандартизацию преимущества стандартной колеи. Трамваи могут иметь радиус поворота менее 30,5 м (100 футов).

Паровозы

По мере того, как росла потребность в более мощных паровозах, росла и потребность в большем количестве ведущих колес на более длинной фиксированной колесной базе. Но длинные колесные базы плохо справляются с поворотами небольшого радиуса. Различные типы сочлененных локомотивов (например, Mallet , Garratt и Shay ) были разработаны, чтобы избежать необходимости управлять несколькими локомотивами с несколькими бригадами.

Более современные дизельные и электрические локомотивы не имеют проблемы с колесной базой, поскольку у них есть гибкие тележки, а также их можно легко эксплуатировать в составе группы с одной бригадой.

Муфты

Не все муфты подходят для работы с очень короткими радиусами. Это особенно верно в отношении европейских буферов и цепных соединителей , в которых буферы увеличивают длину кузова железнодорожного вагона. Для линии с максимальной скоростью 60 км / ч (37 миль в час) буферно-цепные соединители увеличивают минимальный радиус примерно до 150 м (164 ярда; 492 фута). Поскольку узкоколейные железные дороги , трамваи и системы скоростного транспорта обычно не пересекаются с магистральными железными дорогами, экземпляры этих типов железных дорог в Европе часто используют безбуферные центральные соединители и строятся в соответствии с более жесткими стандартами.

Длина шлейфа

Длинный тяжелый грузовой поезд, особенно с вагонами смешанной загрузки, может испытывать затруднения на поворотах с коротким радиусом, так как тяговые усилия могут срывать промежуточные вагоны с рельсов. Общие решения включают:

  • сборочный свет и порожние вагоны в задней части поезда
  • промежуточные локомотивы, в том числе дистанционно управляемые
  • кривые ослабления
  • пониженные скорости
  • уменьшенный наклон (вираж) за счет скоростных пассажирских поездов
  • больше, короче поезда
  • выравнивание загрузки вагонов (часто используется в составных поездах )
  • лучшая подготовка водителя
  • органы управления движением, отображающие усилия тягового устройства
  • Пневматические тормоза с электронным управлением

Аналогичная проблема возникает с резкими изменениями градиентов (вертикальные кривые).

Скорость и косяк

Когда тяжелый поезд на скорости движется по повороту, центростремительная сила может вызвать негативные последствия: пассажиры и груз могут испытывать неприятные силы, внутренние и внешние рельсы будут изнашиваться неравномерно, а недостаточно закрепленные пути могут двигаться. Чтобы противостоять этому, используется наклон (вираж). В идеале поезд должен быть наклонен таким образом, чтобы результирующая сила действовала вертикально вниз через нижнюю часть поезда, чтобы колеса, рельсы, поезд и пассажиры чувствовали небольшую боковую силу или не ощущали ее вообще («вниз» и «в сторону» задаются по отношению к плоскость пути и поезда). Некоторые поезда могут наклоняться, чтобы повысить комфорт пассажиров. Поскольку грузовые и пассажирские поезда имеют тенденцию двигаться с разной скоростью, брус не может быть идеальным для обоих типов железнодорожных перевозок.

Соотношение между скоростью и наклоном можно рассчитать математически. Начнем с формулы уравновешивающей центростремительной силы : θ - угол, на который поезд наклоняется из-за перекоса, r - радиус кривой в метрах, v - скорость в метрах в секунду, а g - стандартная сила тяжести , примерно равно 9,81 м / с²:

Перестановка для r дает:

Геометрически tan θ может быть выражен (используя приближение малых углов ) через ширину колеи G , наклон h a и дефицит наклона h b , все в миллиметрах:

Это приближение для tan θ дает:

В этой таблице приведены примеры радиусов кривых. Значения, используемые при строительстве высокоскоростных железных дорог, различаются и зависят от желаемого уровня износа и безопасности.

Радиус изгиба 120 км / ч; 74 миль / ч
(33 м / с)
200 км / ч; 130 миль / ч
(56 м / с)
250 км / ч; 150 миль / ч
(69 м / с)
300 км / ч; 190 миль / ч
(83 м / с)
350 км / ч; 220 миль / ч
(97 м / с)
400 км / ч; 250 миль / ч
(111 м / с)
Наклон 160 мм,
уклон 100 мм,
без опрокидывания
630 кв.м. 1800 м 2800 м 4000 м 5400 м 7000 м
Кант 160 мм,
перегиб 200 мм,
с опрокидывающимися шинами
450 м 1300 м 2000 м для этих скоростей не планируется наклонять поезда

Трамваи обычно не имеют перекоса из-за низкой скорости движения. Вместо этого они используют внешние канавки рельсов в качестве направляющих на крутых поворотах.

Кривые перехода

Кривая не должна сразу становиться прямой, а должна постепенно увеличиваться в радиусе с течением времени (расстояние примерно 40-80 м для линии с максимальной скоростью около 100 км / ч). Еще хуже, чем кривые без перехода, - обратные кривые без промежуточной прямой дорожки. Виража также должна быть переведена. Более высокие скорости требуют более длительных переходов.

Вертикальные кривые

Когда поезд движется по кривой, сила, которую он оказывает на рельсы, меняется. Слишком крутой изгиб «гребня» может привести к тому, что поезд сойдет с рельсов, поскольку он упадет под ними; слишком плотно «корыто», и поезд врежется в рельсы и повредит их. Точнее, опорная сила R, оказываемая рельсом на поезд, как функция радиуса кривой r , массы поезда m и скорости v , определяется выражением

со вторым членом положительным для впадин, отрицательным для гребней. Для удобства пассажиров отношение ускорения свободного падения g к центростремительному ускорению v 2 / r должно быть как можно меньшим, иначе пассажиры почувствуют большие изменения своего веса.

Поскольку поезда не могут подниматься по крутым склонам, у них мало поводов для преодоления значительных вертикальных поворотов. Однако высокоскоростные поезда обладают достаточной мощностью, поэтому крутые склоны предпочтительнее, чем пониженная скорость, необходимая для движения по горизонтальным поворотам вокруг препятствий, или более высокие затраты на строительство, необходимые для прокладки туннелей или мостов через них. High Speed ​​1 (секция 2) в Великобритании имеет минимальный радиус вертикальной кривой 10 000 м (32 808 футов), а High Speed ​​2 с более высокой скоростью 400 км / ч (250 миль в час) предполагает гораздо больший радиус 56 000 м (183 727 футов). ) радиусы. В обоих случаях наблюдаемое изменение веса составляет менее 7%.

Вагоны ж / д колодцев также рискуют получить низкий зазор на вершинах крутых гребней.

Кривые проблемы

Список выбранных минимальных радиусов кривой

Измерять Радиус Место нахождения Примечания
N / A ( маглев ) 8000 м (26 247 футов) Япония Тюо Синкансэн (505 км / ч [314 миль / ч])
1435 мм ( 4 фута  8+12  дюйма) 7000 м (22,966 футов) Китай Типично для сети высокоскоростных железных дорог Китая (350 км / ч [220 миль / ч])
5,500 м (18,045 футов) Типично для сети высокоскоростных железных дорог Китая (250–300 км / ч [160–190 миль / ч])
4000 м (13,123 футов) Типично для высокоскоростных железных дорог (300 км / ч [190 миль / ч])
3500 м (11,483 футов) Типично для сети высокоскоростных железных дорог Китая (200–250 км / ч [120–160 миль / ч])
2,000 м (6,562 футов) Типично для высокоскоростных железных дорог (200 км / ч [120 миль / ч])
1,200 м (3,937 футов) Африке Типично для среднескоростных железных дорог (120 км / ч [75 миль / ч]) Пассажирский
Типично для среднескоростных железных дорог (80 км / ч [50 миль / ч]) Грузовые перевозки
800 м (2625 футов) Типично для среднескоростных железных дорог (120 км / ч [75 миль / ч]) Пассажирский
800 м (2625 футов) Типично для среднескоростных железных дорог (80 км / ч [50 миль / ч]) Грузовые перевозки
1067 мм ( 3 фута 6 дюймов ) 250 м (820 футов) DR Железная дорога Конго Матади-Киншаса Отклоненная линия на 1067 мм ( 3 фута 6 дюймов ).
1435 мм ( 4 фута  8+12  дюйма) 240 м (787 футов) Граница петли 5000 длинных тонн (5100  т ; 5600 коротких тонн ) -1500 м (4921 футов)
200 м (656 футов) Вокзал Уоллстонкрафт, Сидней
200 м (656 футов) Треугольник хоумбуша 5000 длинных тонн (5100  т ; 5600 коротких тонн ) -1500 м (4921 футов)
190 м (623 футов) Турция
1,676 мм ( 5 футов 6 дюймов ) 175 м (574 футов 1+34  дюйма) Индийские железные дороги
1435 мм ( 4 фута  8+12  дюйма) Североамериканская железнодорожная сеть Предпочтительный минимум на основных грузовых направлениях
160 м (525 футов) Литгоу Зиг Заг 40 км / ч
125 м (410 футов 1+14  дюйма) Североамериканская железнодорожная сеть Минимальный радиус для общего обслуживания
1,676 мм ( 5 футов 6 дюймов ) 120 м (390 футов) Быстрый транзит в районе залива
1435 мм ( 4 фута  8+12  дюйма) 100 м (328 футов) Батлоу, Новый Южный Уэльс Максимальный вес: 500 длинных тонн (510  т ; 560 коротких тонн ) и300 м (984 футов)
- ограничивается NSW Z19 класса 0-6-0 паровозов

___________________________________________________________________________

Что касается Batlow Line (NSWGR), то цепи 5 x 66 футов 0 дюймов равны не 300 метрам, а скорее 110,584 метрам.
Источник: - 1 дюйм = 25,4 мм (общепринято).

___________________________________________________________________________

1067 мм ( 3 фута 6 дюймов ) 95 м (312 футов) Ньюмаркет, Новая Зеландия Сверхтяжелые бетонные шпалы
1435 мм ( 4 фута  8+12  дюйма) 87,8 м (288 футов 11 / 16  в) Североамериканская железнодорожная сеть Абсолютный минимальный радиус; не на линиях для общего обслуживания
85 м (279 футов) Виндбергская железная дорога ( de: Windbergbahn ) (между Фрайталь- Биркигт и Дрезден- Гиттерзее) - ограничения по колесной базе
1067 мм ( 3 фута 6 дюймов ) 80 м (262 футов) Queensland Railways Центральная линия между Богантунганом и Ханнамс Гэп
1435 мм ( 4 фута  8+12  дюйма) 70 м (230 футов) JFK Airtrain
1429 мм ( 4 фута  8+14  дюйма) 68,6 м (225 футов 13 / 16  в) Вашингтон Метро
1435 мм ( 4 фута  8+12  дюйма) 61 м (200 футов) Центральная линия лондонского метро (между Белым городом и Шепердс Буш)
50 м (160 футов) Кривая Готэма Железная дорога Кромфорд и Хай-Пик , Дербишир , Англия до 1967 г.
762 мм ( 2 фута 6 дюймов ) Матади-Киншаса Железная дорога исходная линия 762 мм ( 2 фута 6 дюймов ).
600 мм ( 1 фут  11+58  дюйма) Уэльская высокогорная железная дорога
1000 мм ( 3 фута  3+38  дюйма) 45 м (148 футов) Бернина вокзал
600 мм ( 1 фут  11+58  дюйма) 40 м (131 футов) Уэльская высокогорная железная дорога на оригинальной линии в Beddgelert
762 мм ( 2 фута 6 дюймов ) Викторианский узкоколейный 16 км / ч или 10 миль / ч на поворотах;
(32 км / ч или 20 миль / ч по прямой)
37,47 м или 122 футов 11+316  дюйма (48 °) Калка-Шимла железная дорога
N / A (монорельс) 30 м (98 футов) Метромовер Резиновая монорельсовая легкорельсовая система передвижения для людей в центре города .
1435 мм ( 4 фута  8+12  дюйма) 29 м (95 футов) Метро Нью-Йорка
27 м (89 футов) Чикаго 'L'
25 м (82 футов) Сиднейский паровой трамвай
0-4-0
Перевозка 3 прицепов
22 м (72 футов) Варшавская пригородная железная дорога Пути в депо в Гродзиск-Мазовецки, Польша
610 мм ( 2 фута ) 21,2 м (69 футов 6+58  дюйма) Дарджилинг Гималайская железная дорога Самые резкие кривые изначально были 13,7 м (44 футов 11+38  дюйма)
18,25 м (59 футов 10+12  дюйма) Мэтеран Хилл Железнодорожный 1 из 20 (5%); 8 км / ч или 5 миль / ч по кривой; 20 км / ч или 12 миль / ч по прямой
1588 мм (5 футов 2 1⁄2 дюйма) 15,24 м (50 футов 0 дюймов) дохода,
8,53 м (27 футов 11+1316  дюйма) в ярде
Трамваи в Новом Орлеане
1435 мм ( 4 фута  8+12  дюйма) 13,11 м (43 футов 1 / 8  дюйма) Муниципальная железная дорога Сан-Франциско Легкорельсовый транспорт, бывший трамвай
1495 мм ( 4 фута  10+78  дюйма) 10,973 м (36 футов 0 дюймов) Система трамвая Торонто
1067 мм ( 3 фута 6 дюймов ) 10,67 м (35 футов 1 / 16  в) Тонтон Трамвай
1435 мм ( 4 фута  8+12  дюйма) 10,058 м (33 футов 0 дюймов) Бостонская зеленая линия
10,06 м (33 футов 1 / 16  в) Ньюарк Трамвай
610 мм ( 2 фута ) 4,9 м (16 футов 15 / 16  в) Чикагская туннельная компания 6,1 м (20 футов 3 / 16  в) в гранд объединений . Не используется.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки