Autor Wątek: Info: Wstawki proste - Po co się je stosuje?  (Przeczytany 1756 razy)

0 użytkowników i 1 Gość przegląda ten wątek.

Offline Ares28

  • Moderator
  • Weteran
  • Konstruktor
  • Wiadomości: 933
  • Siła reputacji: 708
  • Ares28 prezesAres28 prezesAres28 prezesAres28 prezesAres28 prezesAres28 prezesAres28 prezesAres28 prezesAres28 prezesAres28 prezesAres28 prezesAres28 prezes
Wstawki proste - Po co się je stosuje?
« dnia: 14 Lipca 2020, 13:29:22 »
Wstawki proste i odcinki pośrednie pomiędzy łukami i rozjazdami są jednym z ważniejszych elementów geometrii układu torowego. W rzeczywistości brak albo zbyt mała długość wstawki może prowadzić do powstania licznych szkodliwych zjawisk. Ich konsekwencjami są przyspieszone zużycie nawierzchni, zaburzenie komfortu jazdy, a w skrajnych przypadkach także zakleszczenia zderzaków wagonów albo wykolejenia nawet wolno manewrującego taboru. W tym wpisie postaram się pokrótce przybliżyć wam dlaczego wstawki proste mają tak ważną rolę.



1. Przekroczenie nagłej zmiany niedomiaru przechyłki w połączeniu bez wstawki

Wszędzie tam, gdzie krzywizna łuku zmienia się w sposób nieciągły występuje nagła zmiana przyspieszenia bocznego i niedomiaru przechyłki. Przykładami miejsc, w których zachodzi to zjawisko jest połączenie łuku kołowego z prostą albo łukiem odwrotnym. W pierwszej z nich sprawa jest dosyć prosta gdyż współczynnik nagłej zmiana niedomiaru przechyłki wynosi tyle, ile wynosiła wartość niedomiaru podczas jazdy po tym łuku. Znacznie gorzej się sprawy mają w połączeniu łuków odwrotnych, ponieważ współczynnik nagłej zmiany niedomiaru będzie się składał z sumy niedomiarów na obu łukach. Połączenie łuków odwrotnych bez wstawki może zatem spowodować nawet podwojenie nagłej zmiany niedomiaru i przyspieszenia bocznego. Każda nagła zmiana powoduje natomiast powstanie szkodliwych drgań poprzecznych (zwanych także kołysaniem poprzecznym) zestawu kołowego, a im gwałtowniejsza zmiana przyspieszenia bocznego tym większa jest siła początkowa tych drgań. Drgania te w negatywny sposób wpływają na stan nawierzchni toru oraz powierzchni tocznych zestawu kołowego.

Na potrzeby obliczeń wykorzystałem wzory z nowych standardów technicznych, w których zamiast przyspieszenia bocznego stosuje się pojęcie niedomiaru przechyłki, jednak obie te wartości są zależne od tych samych parametrów, czyli kwadratu prędkości i promienia łuku, zatem niezależnie od tego, który z tych terminów użyjemy to oba wykresy będą do siebie podobne i będą miały taki sam kształt.

Poniższe wykresy przedstawiają połączenie dwóch łuków odwrotnych o promieniach R300 i R190, dla których przy prędkości V = 40km/h otrzymujemy wartości niedomiaru przechyłki w wysokości odpowiednio 63 i 99mm. Interesujące nas punkty to miejsca nagłych zmian niedomiaru, które na wykresie przedstawiono pionowymi kreskami.


Jak łatwo zauważyć z wykresów dla połączenia bez wstawki prostej nagła zmiana niedomiaru jest równa sumie obu wartości, czyli 162mm. Wartość ta znacznie przekracza dopuszczalne normy, które wynoszą maksymalnie 130mm w połączeniach torów, 100mm w torach bocznych i 50mm w torach głównych. Takie połączenie dwóch łuków jest więc niedopuszczalne nie tylko w torach głównych w których wymaga się obligatoryjnego stosowania wstawek prostych, ale także w torach bocznych, w których ich stosowanie nie jest wymagane ale ze względu na przekroczenie współczynnika nagłej zmiany niedomiaru konieczne jest rozdzielenie tych łuków wstawką.

Zastosowanie pomiędzy tymi łukami wstawki prostej o długości minimalnej pozwala rozpatrywać zmiany niedomiaru przechyłki na obu łukach osobno.



2. Tłumienie drgań kołysania poprzecznego


Fragment slajdu z prezentacji dr. inż. Zwolskiego "Układ geometryczny toru kolejowego" przedstawiający współpracę koła z szyną.

Zestaw kołowy nie jest sztywno dopasowany do rozstawu szyn, ale posiada pewną rezerwę ruchu w osi poprzecznej. Budowa zestawu kołowego i stożkowy kształt powierzchni tocznych, oraz lekkie pochylenie szyn ku środkowi toru umożliwia samonaprowadzanie osi tak by jej środek leżał w osi symetrii toru. Podczas ruchu taboru po łuku przyspieszenie boczne (siła odśrodkowa) wyprowadza zestaw kołowy z tego stanu równowagi dociskając jedno z kół do zewnętrznej szyny łuku. Objawia się to charakterystycznym zgrzytem towarzyszącym ocieraniu obręczy koła o wewnętrzną powierzchnię boczną szyny podczas jazdy po łukach o małym promieniu, np. na rozjazdach. W miejscu łączenia łuku kołowego z prostą występuje gwałtowny zanik tej siły odśrodkowej (wspomniana wcześniej nagła zmiana przyspieszenie / niedomiaru). Sprawia to, że oś ponownie próbuje wrócić do pierwotnego stanu równowagi zachowując się przy tym podobnie do wahadła wprawionego w ruch ze skrajnego położenia. Powoduje to powstanie drgań poprzecznych o częstotliwości 0,5-1,2Hz, które zazwyczaj zostają wytłumione po 2-3 cyklach. Minimalna wymagana długość wstawki zależna jest więc od prędkości z jaką porusza się tabor i odzwierciedla odległość jaką pokona w czasie wymaganym na dostateczne wytłumienie drgań poprzecznych.

Ze względu na fakt, iż bezpośrednią przyczyną powstawania drgań poprzecznych jest nagła zmiana przyspieszenia to drgania te nie występują w tak wielkiej skali podczas jazdy po łuku zakończonym krzywymi przejściowymi, na których przyspieszenie to zmienia się w sposób liniowy. Z tego też względu dozwolone jest łączenie łuków z krzywymi przejściowymi bez rozdzielającej je wstawki prostej.



3. Zapobieganie zakleszczaniu zderzaków wagonów


Schemat przedstawiający zakleszczenie zderzaków wagonów.


Zdjęcie przedstawia zakleszczenie dwóch wagonów towarowych przewoźnika SNCF.

W trakcie jazdy po łukach odwrotnych o niskim promieniu istnieje ryzyko zakleszczenia się zderzaków sąsiednich wagonów. Objawia się to zablokowaniem zderzaków w takiej pozycji, że tarcza zderzaka pierwszego wagonu znajduje się za tarczą kolejnego i może doprowadzić do znacznego uszkodzenia a w przypadku kontynuowania jazdy do niechybnego wykolejenia taboru. Chociaż problem ten w większości wyeliminowano poprzez stosowanie szerszych tarcz buforów czy prawidłową budowę układów torowych to nadal sporadycznie dochodzi do wypadków z tego tytułu. W 1971 roku w miejscowości Surbiton w Wielkiej Brytanii zakleszczenie buforów wagonów w pociągu towarowym było przyczyną poważnej katastrofy, w której wykolejone w ten sposób wagony uderzyły w jadący po sąsiednim torze pociąg pasażerski.

Aby uniknąć podobnego zakleszczenia należy rozdzielać ostre łuki odwrotne wstawkami prostymi, których minimalne wartości określono w Standardach Technicznych.



4. Optymalna zabudowa rozjazdów i rozmieszczenie urządzeń przytorowych.

Na głowicach rozjazdowych stosuje się odcinki pośrednie do oddzielenia następujących po sobie rozjazdów. Umożliwia to zainstalowanie między nimi urządzeń przytorowych takich jak liczników osi do stwierdzania niezajętości. Oprócz tego zastosowanie odcinka pośredniego pozwala uniknąć skomplikowanych konstrukcji torów leżących na wspólnych podrozjazdnicach.


Przystanek SKM Gdańsk Śródmieście - zastosowanie w tym miejscu przejścia krzyżowego wymusiło użycie wspólnych podrozjazdnic obejmujących aż 4 tory (2 tory zasadnicze i 2 tory zwrotne).

Zbyt ciasna zabudowa głowicy rozjazdowej z rozjazdami leżącymi bardzo blisko siebie spowoduje konieczność położenia ich na wspólnych podrozjazdnicach, które z racji tego, iż będą różnić się wymiarami i rozstawem mocowań szyn od standardowych, będą musiały zostać wykonane na zamówienie. Zwiększy to koszty wykonania układu torowego, utrudni jego utrzymanie i konserwację, oraz zmniejszy jego trwałość, ponieważ takie konstrukcje wykonuje się zasadniczo z drewna. Jest to powód, dla którego zaleca się rozdzielić sąsiednie rozjazdy odcinkiem pośrednim oraz unikać stosowania przejść krzyżowych w połączeniach torów równoległych.

Oprócz minimalizacji szkodliwych parametrów geometrycznych wstawki i odcinki pośrednie pełnią także wiele innych ważnych ról. Umożliwiają zmianę pochylenia poprzecznego szyny przed rozjazdami, na których nie stosuje się pochylenia poprzecznego. Pozwalają zmienić typ szyny, jeśli w którymś torze albo rozjeździe zastosowano inny typ. Wstawki umożliwiają także wykonanie poszerzenia szerokości toru, które jest wymagane w ostrych łukach o promieniu mniejszym od R250.



Źródła:

https://www.plk-sa.pl/files/public/user_upload/pdf/Akty_prawne_i_przepisy/Standardy_techniczne/Szczegolowe_warunki_techniczne_dla_modernizacji_lub_budowy_linii_kolejow...od_1_stycznia_2018_roku.pdf
http://www.zits.pwr.wroc.pl/zwolski/source/ILB_UkladGeometryczny.pdf
http://il.pw.edu.pl/~zuraw/pliki/Projektowanie%20linii%20kolejowych.pdf
http://il.pw.edu.pl/~zuraw/pliki/Projektowanie%20stacji%20kolejowych.pdf
« Ostatnia zmiana: 14 Lipca 2020, 13:31:15 wysłana przez Ares28 »