ЗАЛІЗНА ДОРОГА
ОСОБЛИВОСТІ ЗАЛІЗНИЧНОГО РУХУ
Технічні характеристики.
Найбільш важливими параметрами, що впливають на рух поїзда, є сила тяги локомотива і питомий опір рухомого складу. Останнє виражається в розрахунку на вагу типового (наприклад, вантажного або пасажирського) вагона. Щоб переміщати з малою швидкістю по горизонтальному прямолінійному профілем звичайний вантажний вагон вагою 30 т, необхідна тяга в 90 кг (тобто до тонні ваги порожнього вагону треба прикласти рушійну силу в 3 кг). Для руху там же того ж вагона з вантажем 60 т буде потрібно тяга всього в 130 кг (тобто 1,4 кг / т). При русі на малій швидкості пасажирського поїзда з вагонами вагою 60 т на тій же ділянці шляху потрібно долати питомий опір 2,2 кг / т. Оскільки пасажирські поїзди зазвичай ходять швидше товарних, при їх русі слід враховувати і опір повітря, для подолання якого необхідна додаткова тяга, що в підсумку може зажадати від 3,6 до 5,4 кг / т в діапазоні швидкостей від 113 до 160 км / год . Питомий опір при важких рейках на баласті з скельного щебеня менше, ніж при легких рейках на м'якому баласті. Крім вищезгаданих факторів, на величину необхідної тяги впливають ухили (так, на ділянці шляху з підйомом в 1% потрібно збільшувати тягу на 9 кг / т) і повороти (кожен додатковий кутовий градус кривизни шляху вимагає від 0,2 до 0,7 кг / т тяги).
Основні обмеження швидкості руху по залізниці диктуються властивостями її полотна, верхньої будови колії та особливостями конструкції залізничного колеса. Стандартна колія є досить вузьку базу, яка повинна витримувати всі навантаження від поїзда. Верхні межі швидкості обумовлені ще і тим, що у кожного колеса гребінь (реборда) є лише з одного боку, і тому практично тільки сила тяжіння утримує вагони і локомотиви на рейках. Джерелами обурень динамічної стійкості рухомих складів є перетину шляхів і їх сполучення з перекладними стрілками. Такого роду перешкоди обмежують швидкість руху величиною 210 км / год при ідеальному стані засобів і устаткування залізниці. Однак це ідеальний стан практично недосяжно через багатьох причин. Тому на магістральних залізницях максимально допустима швидкість товарних потягів складає 80-90 км / ч. Важко забезпечувати рух на підвищених швидкостях навіть пасажирських поїздів, для яких теж існують економічно обгрунтовані обмеження швидкості, пов'язані із зносом і межами міцності конструкції вузлів рухомого складу.
Повороти шляху теж обмежують швидкість. Дія відцентрової сили можна до деякої міри компенсувати, піднімаючи на поворотах зовнішній рейок щодо внутрішнього, але різницю між їх рівнями не можна робити більше 15 см. При повороті на 1 ° (радіус кривизни повороту 1750 м) не можна розвивати швидкість понад 150 км / год; при повороті на 2 ° швидкість треба знижувати до 80 км / год; при 3 ° - до 65 км / год; при 5 ° (радіус кривизни 349 м) - до 50 км / ч. На швидкісних трасах слід виключати повороти більше 2 °. Проте, повороти залізничної колії більше 3 ° зустрічаються навіть на рівнинах; в гористій місцевості нерідко доводиться робити повороти в 8 ° і навіть 10 °. Обмежує швидкість руху і багато іншого - умови руху по мостах і в тунелях, на перетинах шляхів, на стрілках, на спусках (де особливо важливо контролювати швидкість, з огляду на можливості гальмівної системи).
Тертя між рейкою і залізничним колесом є одним з найважливіших факторів функціонування залізниці. Коли рейки покриваються вологою або льодом, їх посипають піском, щоб колеса не пробуксовували. Максимальне значення сили тертя між колесом і рейкою, необхідне для гальмування поїзда або його розгону, дорівнює чверті ваги, що припадає на це колесо. Оскільки для екстреного прискорення або уповільнення руху поїзда необхідно відносне тягове зусилля в 45 кг / т, гальмування зміною навантаження на колесо обмежується максимальним значенням відповідного уповільнення в 8 км / год за 1 секунду.
Габарити одиниці рухомого складу.
Важливою характеристикою є габарити вагонів і перевезених ними вантажів, які допустимі при пересуванні мимо придорожніх будівель, в тунелях і під мостовими спорудами. На американських залізницях рекомендується залишати стандартне вільний простір шириною 4,9 м до висоти 4,9 м над головками рейок. Таким чином, допустима ширина транспортного засобу не набагато перевищує 3 м в найбільш широкій його частині, а максимальна висота його над рейками обмежена 4,4-4,6 м. Відстань між центральними лініями магістральних шляхів становить 4 м, і, оскільки на поворотах транспортний засіб заносить, довжина одиниці рухомого складу несочлененного типу обмежується 26 м. Звичайно, старі ділянки доріг і бічні гілки не відповідають стандартним вимогам. Через це залізничного транспорту іноді доводиться здійснювати об'їзди по обхідним маршрутами і нерідко просуватися на малих швидкостях. Всі ці габаритні обмеження впливають на конструктивні рішення і потужність локомотивів.
на вісь одиниці рухомого складу є ще однією важливою експлуатаційної характеристикою залізничного транспорту. Вона залежить від різних параметрів: розмірів рейок, розташування шпал, стану залізничного полотна, міцності мостових конструкцій і т.п. Навантаження на вісь може досягати 29 000 кг. Внаслідок цього стандартні криті вагони випускаються вантажопідйомністю 50-60 т, хопери - від 70 до 100 т, криті хопери - 100 т. Вага локомотива може досягати 200 т. Зазвичай потужність дизельного тепловоза становить від 2200 до 2650 кВт. Залежно від рельєфу місцевості і загальної ваги складу до нього іноді підчіплюють до 6 тепловозів. При початку руху локомотив може розвивати тягове зусилля, що дорівнює 30% його повної ваги, а на ухилах - до 240 т. Локомотиви тієї ж потужності, призначені для пасажирських поїздів, можуть розвивати таку ж тягу при розгоні, а на ухилах - до 18 т на одиницю рухомого складу.
Гальмування.
Щоб зупинити поїзд, необхідно розвіяти його кінетичну енергію, а на спуску ще і подолати скочується дію складової сили тяжіння. Це виконується за допомогою гальм, встановлених на кожній одиниці рухомого складу і спрацьовують від автоматичного приводу, управління яким знаходиться на локомотиві. Широко використовуються пневматичні гальма. У кожному вагоні є свій резервуар зі стисненим повітрям, який при гальмуванні надходить в гальмівні циліндри, так що зупинити будь-який вагон можна і в тому випадку, якщо він відчепиться від складу. Зазвичай гальмування здійснюється зниженням тиску повітря в системі, що складається з проходить уздовж всього поїзда магістралі і патрубків до гальмівних циліндрів. Якщо випадково відчеплення вагона від поїзда його гальмо спрацьовує автоматично. Недоліком такої гальмівної системи є те, що гальма всіх вагонів спрацьовують не одночасно, так як швидкість поширення зміни тиску повітря по магістралі не може бути більше швидкості звуку в повітрі (в технічних пристроях вона зазвичай не перевищує 120 м / с). Отже, останній вагон в складі з 150 вагонів починає гальмуватися лише через 15 з після гальмування першого вагона, що призводить до небезпечної затримки гальмування і великій довжині гальмівного шляху.
На пасажирських поїздах економічно виправдано застосування більш досконалих гальм. У гальмівних системах високошвидкісних поїздів використовують електропневматичні гальма, тобто повітряні гальма на кожному вагоні з централізованим електричним їх управлінням. Якщо поїзд, що йде зі швидкістю 160 км / год, після включення чисто пневматичних гальм пройде ще 2100 м до повної зупинки, то при включенні електропневматичних гальм яку скорочується до 1200 м.
Вага поїзда.
З урахуванням технічних можливостей залізничного транспорту вага товарних поїздів становить 6000-10 000 т, а число вагонів 80-100; вага пасажирського поїзда обмежується 1500 т. При цьому витрата енергії і робочих людино-годин на тонно-кілометр перевезень виявляється мінімальним.