EN
Стандарты и соответствие требованиям для международных железнодорожных ограждений и интервалов
Руководящие указания по выверке колеи и боковому зазору для европейских железных дорог
Европейские железнодорожные системы соблюдают строгие нормы бокового зазора, установленные в стандартах UIC 712 и EN 15273-3. В этих стандартах указаны минимальные требования к боковому зазору между направляющими рельсами и рабочими рельсами — он должен составлять от 40 до 60 мм. Эти расстояния корректируются в зависимости от радиуса кривых и профиля скорости на конкретном участке пути. Поэтому инженеры должны обеспечивать соответствие компонентов заданным размерам с допуском ±1,5 мм. Это необходимо для предотвращения явления подъёма колеса на рельс, особенно на участках с изменением скорости движения. Для обеспечения соответствия инспекторы пути обязаны дважды в год измерять все элементы заданного участка пути лазерными измерительными приборами. Если выявляется несоответствие элементов установленным требованиям, весь данный участок пути выводится из эксплуатации.
Подходы FRA и европейских стандартов к расстоянию между направляющими рельсами стрелочного перевода и направлению движения колёс
Чтобы предотвратить сход колёс поезда с рельсов и обеспечить их правильное направление при прохождении стрелочных переводов, европейские стандарты требуют меньшего расстояния между контррельсами в зоне крестовины — от 42 до 48 мм. В европейских стандартах предусмотрено более тесное расположение контррельсов в зоне крестовины для обеспечения надлежащего направления колёс поезда. Требования к межрельсовому расстоянию в европейских стандартах являются более жёсткими по сравнению с североамериканскими: например, Федеральное управление железнодорожного транспорта США (FRA) допускает зазоры между контррельсами до 57 мм для стрелочных переводов с пониженной скоростью (то есть для переводов, рассчитанных на скорость не более 25 км/ч). Существует существенное различие в правилах: европейские требования, изложенные в стандарте EN 15273-3, являются более жёсткими, тогда как в США более жёстким является правило 213.135. Любопытно, что в европейских странах применение конических контррельсов даёт 30%-ное преимущество в распределении ударных нагрузок по сравнению с прямыми контррельсами, используемыми в Северной Америке, поскольку они эффективнее управляют боковыми силами в зоне крестовины.
Основы инженерного проектирования железнодорожных контррельсов и их размещения
Динамический расчет дорожного просвета с учетом крена, вылета и радиуса кривой
Помимо базовой геометрии пути, какие ещё аспекты должен учитывать инженер при определении расстояния между ограждениями? Необходимо понимать эксплуатационные характеристики пути и подвижного состава, в частности — поведение транспортного средства при движении по пути по горизонтальным и вертикальным кривым. Три наиболее важных влияющих фактора включают: возвышение наружного рельса (суперэлевацию), вылет передней части подвижного состава и радиус вертикальной кривой. При прохождении кривой поезда подвергаются действию центробежных сил, которые оттесняют их к наружному рельсу. Это приводит к увеличению силы контакта гребня колеса с рельсом. Например, для кривой радиусом 200 м и суперэлевацией 150 мм расстояние между рельсами должно быть увеличено на 15–20 % по сравнению с прямолинейным участком. Также необходимо учитывать температурные колебания. Так, металл расширяется примерно на 1,2 мм при повышении температуры на 10 °C. Именно поэтому современное программное обеспечение для моделирования включает учёт теплового расширения с целью предотвращения аварий, вызванных высокими эксплуатационными скоростями или экстремальными температурами окружающей среды.
Взаимодействие колеса и направляющего рельса: расстояние зацепления, форма контакта гребня и передача силы
Хороший контакт колеса с направляющим рельсом способствует эффективному направлению движения. Контакт гребня под углом 30–45° является оптимальным, поскольку он способствует распределению боковых сил и снижает риск схода с рельсов. Основные факторы:
- Расстояние зацепления: 1,8× диаметр колеса гарантирует достаточное расстояние от направляющего рельса для поглощения боковых сил
- Угол наклона гребня: 55–65° является оптимальным для перенаправления вертикальных составляющих боковой нагрузки на направляющий рельс
- Эффективность передачи силы: при оптимальном шаге к шпалам передаётся 70–85 % энергии удара
Недостаточная точность выравнивания приводит к контакту с поверхностью катания колеса и поглощению менее 40 % боковых сил, что снижает безопасность стрелочного перевода при изменении направления движения.
Влияние неправильного шага установки железнодорожных направляющих рельсов: уроки, извлечённые из конкретных происшествий
Железнодорожный узел Дерби (Великобритания, 2019 г.): влияние избыточного бокового зазора в 22 мм на защиту стрелочного перевода
Инцидент, произошедший на железнодорожном узле Дерби в 2019 году, наглядно продемонстрировал, как незначительные нерешённые проблемы могут привести к серьёзным последствиям. Следователи установили, что в одном из компонентов имелся избыточный зазор в 22 мм по сравнению с требованиями стандарта EN 15273-3. Данная величина эквивалентна толщине стандартного карандаша. Этот зазор вызвал неустойчивость при движении колёс поезда через стрелочные переводы, что, в свою очередь, нарушило нормальное распределение нагрузок в области крестовины (элемента системы направления движения), в результате чего эффективность системы направления снизилась на 40 %. Именно так крестовина (система направления движения) приобрела способность вызывать опасные боковые смещения и сходы с рельсов. Проблема зазора, разумеется, была невидима невооружённым глазом: для её выявления в ходе обычных технических осмотров требовалось специализированное лазерное оборудование для проверки соосности. В результате этого инцидента в железнодорожной эксплуатации возникло новое явление — в Великобритании и ЕС теперь тщательно контролируется зазор в миллиметрах.
Им необходимы автоматизированные измерительные системы, особенно на перекрёстках с повышенным уровнем риска, поскольку они рассматривают такие узкие пространства как полные препятствия для движения, а не как незначительные помехи.
Инновации в проектировании адаптивных расстояний между железнодорожными ограждениями
Простые ограждения с равномерным шагом неоднократно оказывались неспособны решить проблемы, возникающие при изменении температуры, износе и воздействии значительных нагрузок. Более совершенные системы начинают включать датчики в реальном времени и технологии машинного обучения, что позволяет в ряде случаев осуществлять корректировки бокового зазора с точностью до миллиметра. Такие корректировки, как правило, выполняются на основе термометрических измерений в средней части пути, измерений износа гребней колёс и измерений боковых нагрузок. В конечном счёте эти корректировки позволяют избежать деформации («вздутия») железнодорожного полотна. В условиях жары датчики теплового расширения традиционно провоцировали опасные инциденты с «вздутием» пути. В рамках контролируемых исследований умные ограждения позволили снизить риск схода поездов на стрелочных переводах на сорок процентов по сравнению с предыдущими решениями. По сути, такие системы обладают потенциалом полностью обновить подходы к проектированию и строительству железнодорожных систем за счёт более умных и сложных решений, способных заранее прогнозировать возможные проблемы и оперативно вносить необходимые корректировки.
Часто задаваемые вопросы
Какие стандарты регулируют расстояние между ограждающими рельсами на железнодорожных путях в Европе?
Стандарты, регулирующие расстояние между ограждающими рельсами в Европе, включают UIC 712 и EN 15273-3, в которых определены минимальные расстояния от ограждающих рельсов до рабочих рельсов, а также расстояния с учётом кривизны пути и скорости поездов.
В чём заключается различие между расстоянием между ограждающими рельсами у стрелочных переводов в Европе и в США?
Расстояние между ограждающими рельсами у стрелочных переводов в Европе меньше — от 42 до 48 мм, тогда как в США оно составляет 57 мм для стрелок низкой скорости и допускает временное отключение части колёс.
Почему взаимодействие ограждающих рельсов с подвижным составом имеет важное значение?
Взаимодействие рельсов и ограждающих рельсов имеет решающее значение при оптимизации углов зацепления, общей эффективности передачи силы и эффективного распределения боковых сил для снижения риска схода с рельсов.
Какое значение имело происшествие, случившееся на станции Дерби-Джанкшн в 2019 году?
В результате инцидента на железнодорожном узле Дерби британские и европейские железнодорожные операторы начали использовать автоматизированные измерительные системы для выявления и устранения неправильных зазоров, которые могут привести к сходу поезда с рельсов.
Что делают более современные системы для контррельсов?
Более современные системы используют датчики в реальном времени и искусственный интеллект (ИИ) для оценки зазоров контррельсов и их корректировки с целью предотвращения инцидентов, связанных с контррельсами; это снижает вероятность схода поезда с рельсов из-за износа и температурных колебаний рельсов.