ПЗ (Тяговые расчёты для новых схем формирования поездов), страница 6

США.

Грузовое движение в США связано преимущественно с перевозкой массовых насыпных грузов, главным образом угля, зерновых культур, удобрений, а позднее – с перевозкой товаров в контейнерах, в том числе двухэтажных.

В суммарном объеме грузовых перевозок доля угля составляет около 70 %, а руды – 15,9 %. Уголь перевозится для обеспечения работы тепловых электростанций, с помощью которых в США вырабатывается около 55 % электроэнергии. Карта плотности перевозки угля из Южных бассейнов показана на рис. 3.5.

Рисунок 3.5 ‒ Плотность железнодорожных линий компании UP (перевозки угля)

Из рисунка 3.5 видно, основные места добычи угля. Это Southern Powder River бассейн, находящийся в штате Вайоминг, на долю которого приходится 74% перевозимого по железным дорогам США угля. Второй бассейн CO/UT добывает 11% перевозимого угля, который затем идет в морские порты для экспорта. Углевозные поезда направляются по железнодорожному коридору запад-восток, ведущему к Гиббону, штат Небраска. Отсюда одни из них следуют в северовосточном направлении до Чикаго, штат Иллинойс, или Миннеаполис, штат Миннесота, а другие – в направлениях на юг и восток в штат Миссури.

Формы кратной тяги, применяемой в США, необычны для практики наших дорог. На Портлендском отделении Южно-Тихоокеанской дороги при ведении сдвоенных и строенных поездов по участкам с очень крутыми подъемами в 22 ‰ и 33 ‰ применялись следующие схемы расстановки локомотивов:

- при двух локомотивах – один ставился в голове, а второй через 3/5 двойного состава;

- при трех локомотивах – один в голове, а второй и третий (вместе) в середине тройного состава.

Основными компаниями, работающими в условиях тяжеловесного движения, являются Union Pacific (UP), CXST, Norfolk Southern Railway. Все они в разное время перешли на работу от осевой нагрузки 25 тс/ось к 32,4 тс/ось, стали применять вагоны большей грузоподъемности, увеличивать длину и массу поездов, которая в настоящее время составляет до 120–150 вагонов массой 14 000–16 000 т. С появлением вагонов из алюминиевых сплавов с массой тары 20 тонн их стало возможным загружать до массы брутто 129,7 тонн.

На железной дороге Norfolk Southern еще в 1967 г. был провезен поезд длиной 6,4 км из 500 вагонов-платформ для перевозки 47 000 тонн угля, что было рекордом для того времени [17].

На основе технико-экономических исследований, выполненных в 1990-х годах, работы железных дорог США при осевой нагрузке 25, 32,5 и 37 тс было принято решение о выборе осевой нагрузки 32,5 тс.

ЮАР.

Железная дорога для перевозки руды длиной 860 км была построена в конце 60-х годов прошлого века металлургической компанией, добывавшей железную руду на руднике Сишен (Sishen) в Капской провинции и перевозившей ее в порт Салдана-Бей. Вторая железнодорожная линия длиной 580 км соединяет место добычи угля Эрмело с портом Ричардс-Бей. Обе линии имеют ширину колеи 1067 мм. Железные дороги предназначены для экспорта руды и угля, к середине 1970-х годов они вошли в компанию Spoornet. Железная дорога Сишен – Салдана была рассчитана на пропуск 200 вагонных поездов с осевой нагрузкой 26 тс, с тягой в голове и хвосте поезда. На большей части протяженности линия однопутная с раздельными пунктами, число которых увеличивается в процессе эксплуатации.

На этой линии в 1989 г. был установлен мировой рекорд проведения поезда длиной 7 км, состоящего из 600 вагонов, массой груза около 77 000 тонн. Рекорд продержался до австралийского рекорда 2001 г [16].

Линия электрифицирована на переменном токе 50 кВ. Дальнейшее повышение грузооборота требует усиления системы энергоснабжения. Масса поезда ‒ 41 000 тонн, 342 вагона, длина состава – 4 км. Поезд ведется шестью локомотивами, распределенными по длине поезда. Схема формирования зависит от типов и мощности используемых локомотивов. Применяются как электровозы, так и тепловозы.

Проанализировав опыт применения технологии тяжеловесного движения на железных дорогах мира можно сделать с выводы о том, что, в странах, где развивают тяжеловесные и длинносоставные транспортировки, зафиксирован рост эффективности работы железных дорог. Развитие тяжеловесного движения способно снизить транспортные расходы грузоотправителей. На специализированных линиях наиболее полно реализуется и раскрывается эффект от технологии тяжеловесного движения. Показатели работ железных дорог с тяжеловесным движением занесены в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 ‒ Показатели работ железных дорог с тяжеловесным движением.

Как видно из таблицы 3.4, на тяжеловесных линиях Австралии достигнуты максимальная осевая нагрузка 40 тс, масса состава – 48 000 тонн, при 320 вагонов в составе. В ЮАР максимальная масса состава достигла 41 000 т. с 342 вагонами, имеющим осевую нагрузку 30 тс/ось. Рекордная грузонапряженность в 440 млн т брутто при массе поезда 20 000 тонн и осевой нагрузке 25 тс достигнута на китайской железной дороге.

3.3 Схемы формирования тяжеловесных поездов.

Технический анализ и опыт работы показывают, что при организации постоянного обращения поездов повышенного веса и длины необходимо учитывать изменения продольной динамики движения таких поездов и возникновение дополнительных нагрузок на железнодорожный путь и подвижной состав, влияющих на безопасность движения поездов.

В настоящее время при обращения поездов, повышенных массы и длины рассматриваются несколько вариантов размещения в них локомотивов. Эти варианты учитывают ограничения и способы формирования длинносоставных поездов, исходя из особенностей организации перевозочного процесса. Схемы формирования поездов при тяги с головы показаны на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 – Схемы формирования грузовых поездов с тягой с головы

поезда.

Расчет ограничения массы поезда по схеме ЛС (при отсутствии ограничений по мощности локомотива, сцеплению колес с рельсами, нагреванию электротягового оборудования) производится для условий равномерного или равноускоренного движения поезда под действием медленно изменяющихся во времени внешних сил – сопротивления движения и силы тяги. В этом случае продольные силы в поезде обусловлены внешними силами и силами инерции, которые определяются ускорениями его масс. Относительные перемещения отдельных вагонов при этом практически не влияют на силовые взаимодействия в нем.

Выражение для продольных усилий в сечении поезда, кН, на расстоянии x от головного локомотива

(3.2)

где m – масса поезда, т;

L – длина поезда, м;

– основное удельное сопротивление движению поезда, Н/т;

– удельное сопротивление от уклона, включающее сопротивление движению от кривых на данном элементе профиля, Н/т;

a – ускорение движения поезда, м/с².

На рис. 3.7 показан поезд массой m с локомотивом в голове и длиной L, полностью расположенный на подъеме с уклоном i, ‰, движущийся со скоростью v и с ускорением, а, и приведена эпюра продольных сил.

.

Рисунок 3.7 – Распределение продольных сил по длине поезда

На рис. 3.8 показан поезд, движущийся по участку с одним переломом профиля.

Рисунок 3.8 – Продольные силы в поезде на переломном профиле

Можно сделать вывод о том, что, чем круче подъём, тем больше и продольные силы. Наибольшее продольное усилие достигается в головном сечении поезда. В остальных сечениях усилия, линейно изменяясь, снижаются до ноля в конце поезда.