Ограничения параметров рельсового подвижного состава, определяемые конструкцией пути. На линиях трамвая и метрополитена в СССР как стандартная принята колея рельсового пути шириной 1524 мм на прямых участках*. В старых трамвайных хозяйствах некоторых городов сохранилась еще и узкая колея шириной 1000, 1067 и 1435 мм. Устройство и характеристика рельсового пути оказывает существенное влияние на выбор конструкции и работу механической части подвижного состава. На электрическом транспорте рельсы используются, кроме того, и в качестве обратного провода тяговой сети трамвая и метрополитена, цепей сигнализации и автоблокировки участков пути.
*Так называемая нормальная колея.
Ограничения параметров подвижного состава определяют допустимые радиусы кривых рельсового пути и нагрузки от колес на рельсы.
Конструкция подвижного состава должна обеспечивать возможность его вписывания в кривые минимального радиуса. Минимальный допустимый радиус кривой для рельсовой колеи отечественных метрополитенов составляет 60 м, а для трамвайных путей — 20 м (в последнем случае допускается уменьшение радиуса кривой до 16 м).
Номинальная статическая нагрузка оси на рельсы G0 определяется прочностью верхнего строения (типом рельсов и основанием пути). Для трамвайного подвижного состава величина G0 обычно не превышает 120 кн и для метрополитена 100—140 кн в зависимости от конструкции вагона и применяемых материалов.
Удельная нагрузка на колесо ограничивается смятием поверхности контакта колеса с рельсом и определяется расчетом на прочность по формуле
Перечисленные ограничения являются основными при определении числа колесных пар рельсового подвижного состава, расстояния между их осями и диаметра колес. Кроме того, особенности устройства рельсового пути определяют допустимые максимальные скорости прохождения вагоном кривых, конструкционную скорость, использование сцепного веса и ряд других величин.
Габариты. Для обеспечения рациональных зазоров безопасности между двумя движущимися по соседним путям поездами или подвижным составом и дорожными сооружениями со специальными путевыми устройствами (рельсами, путевыми балками и т. д.) устанавливают предельные размеры (контуры) приближения строений к оси пути и максимальные допустимые размеры подвижного состава. Эти предельные контуры называют габаритами.
Подразделяют два основных габарита, взаимно связанных между собой: габариты приближения строений и габариты подвижного состава. Из них основным является габарит приближения строений, поскольку им определяется устройство капитальных сооружений, расположенных непосредственно около пути (тоннели, платформы, эстакады и т. д.).
В зависимости от вида городского транспорта, условий его эксплуатации, принятой системы токосъема устанавливают и другие габариты. При строительстве тоннелей отечественного метрополитена, например, устанавливают габарит приближения оборудования, за поперечное очертание которого не должны выступать различные сигналы, светофоры, кабели и путевые знаки, и габарит третьего рельса.
Габаритом приближения строений называется предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, внутрь которого, помимо подвижного состава, не должны заходить никакие части сооружений и устройств. Исключение составляет оборудование контактной сети, предназначенное для непосредственного взаимодействия с подвижным составом.
Габарит подвижного состава определяется как предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, внутри которого должен помещаться установленный на прямом горизонтальном пути как в порожнем, так и в нагруженном состоянии не только новый подвижной состав, но и подвижной состав, имеющий максимальные нормируемые допуски и износы, за исключением бокового наклонения на упругом подвешивании.
Рис. 2.11. Габариты приближений к путям трамвая (а) и нормального четырехосного вагона (б)
1 — до опор контактного провода с консольной подвеской на однопутных участках при двустороннем движении и до столба с наружной стороны пути; 2 — до ограды бульваров; 3 — до раскрытых настежь въездных ворот депо; 4 — до раскрытых настежь ворот в профилактории депо; 5 — минимальная высота подвески провода под искусственным сооружением; 6 — максимальная высота подвески провода; 7 — до мачт и столбов на территории депо; 8 — до стен тоннелей и устоев путепроводов без доступа к ним пешеходов; 9 — до нежилых построек, заборов и ограждений протяжением не более 2 м; 10 — до нежилых построек, заборов и ограждений протяжением более 2 м; 11 — до жилых и административных зданий; 12 — максимальная высота мостовой в колее
Рис. 2.2. Габариты для однопутных тоннелей метрополитена (прямой участок пути)
1 — приближения строений; 2 — подвижного состава; 3 — предельный подвижного состава; 4 — приближения оборудования; 5 — контактного рельса
Координаты габаритов (в мм)
Принятые действующими правилами технической эксплуатации габариты приближения строений к трамвайному пути на прямолинейных участках пути и габариты подвижного состава показаны на рис. 2.1, а.
Для обеспечения нормированного зазора между кузовом вагона и встречающимися на трассе трамвая предметами, и сооружениями на кривых участках приведенные расстояния соответственно увеличивают на размер выноса угла вагона или свеса центральной его части. Это увеличение размеров устанавливают исходя из условий движения нормального четырехосного вагона длиной 15,24 м и шириной кузова 2,6 м (рис. 2.1, б).
Габарит приближения строений 1 при устройстве тоннелей и наземных линий метрополитена круглого или прямоугольного очертания предусматривает размещение в пространстве между ним и габаритом приближения оборудования 4 устройств пути, СЦБ, энергоснабжения и дорожек для прохода обслуживающего персонала. Эти габариты, а также габариты контактного рельса 5 показаны на рис. 2.2.
Все вагоны метрополитена в соответствии с их габаритами подразделяют на три группы:
- вагоны с железнодорожным габаритом (применяются, например, в Нью-Йорке и на некоторых линиях Лондона); ширина вагона 2,9— 3,1 м, высота 3,7—3,8 м и длина 18—20 м;
- вагоны с габаритом, меньшим, чем на железных дорогах (применяются, например, в Москве, Париже и других городах); ширина вагона 2,4—2,7 м, высота 3,4—3,7 м и длина 16—19 м;
- вагоны со скошенными стенками с габаритом, приспособленным к условиям вписывания в тоннели кругового очертания (например, вагоны бочкообразного вида и малой высоты лондонского метрополитена), ширина 2,55—2,65 м, высота 2,5—2,9 м и длина 15—16 м.
Вагоны отечественных метрополитенов по существующей классификации относятся к вагонам с уменьшенным по сравнению с железнодорожным габаритом. Их размеры: ширина 2,7 м, высота 3,2 м, длина 19 м.
С учетом исключительно высоких требований к безопасности движения для подвижного состава метрополитена устанавливают кроме габарита подвижного состава 2 так называемый предельный габарит подвижного состава 3, который строится с учетом раскачки вагона на подвеске, выдвижения его частей при вписывания на кривых, технологических допусков, возможной поломки рессор на ходу поезда и ряда других факторов.
Зазоры между габаритами приближения строений и подвижного состава обеспечивают безопасность смещений вагонов, которые возникают при движении.
Для определения выносов частей двухосного вагона длиной 2 L в кривых участках пути радиуса R и необходимого уширения габарита приближения строений обычно рассматривают расчетное расположение вагона, при котором продольная ось кузова вагона пересекает среднюю линию пути в точках А и В, при расстоянии между ними 21, соответствующему базе вагона (рис. 2.3, а).
Для определения смещения продольной оси вагона ув внутрь кривой проведем диаметр C1E1LAB и хорды АЕ и С1В.
Из подобия треугольников АС1Е и С1С2В получим:
(2.13)
При вписывании в габарит трамвайных вагонов рассматривается вариант габаритной задачи, при котором стремятся получить максимально большую длину вагона при сохранении его полной ширины b0 в средней части. Для этого вагой должен иметь одинаковые выносы во внутреннюю и внешнюю части кривой.
В этом случае для двухосного вагона из выражения (2.7) имеем следующее соотношение между длиной прямоугольной части кузова 2L2 и его базой 2l2 (рис. 2.3, б);
Аналогичное соотношение, если пренебречь малой величиной ув3, может быть и для четырехосного вагона из формул (2.12) и (2.13).
При увеличении длины кузова вагона до 2L2 контур основания вагона необходимо будет выполнить со срезами боковых стенок кузова по концам и шириной торцов bт<b0. Ширина торцовых стенок трамвайных вагонов для нормальной колеи сужается до размера 1800±100 мм.
Ограничения параметров безрельсового подвижного состава, вносимые конструкцией дорожного покрытия.
Поскольку подвижной состав безрельсового электрического транспорта в основном предназначен для эксплуатации по усовершенствованным дорогам, его конструктивные и весовые параметры устанавливают в зависимости от прочности, типа и других параметров дорожного покрытия.
Величина максимальной нагрузки на ось для отечественных троллейбусов по существующим дорожным нормам в зависимости от типа покрытий не должна превышать 80—110 кн. Для них устанавливается минимальная ширина полосы движения на проезжен части улицы 3,75 м и максимальное отклонение от оси контактного провода 4,5 м (ГОСТ 7495—63).
Скорость движения безрельсового транспорта на криволинейных участках пути ограничивается условиями безопасности движения, величиной сцепления колеса с дорогой и радиусом кривой.
При проектировании ходовых частей безрельсового транспорта, в частности рулевого управления троллейбусов, учитывается, что минимальный радиус закругления линий бортового камня на перекрестках составляет 12 м.
Рис. 2.4. Основные габаритные размеры электрического подвижного состава:
а — троллейбус; б — сочлененный подвижной состав; в — вагон метрополитена; г — трамвайный вагон