Повышение надежности проектных решений при выборе основных параметров новых железных дорог
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Железнодорожный транспорт
Издательство:
Российский университет транспорта
Под ред.:
Быков Юрий Александрович
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 157
Дополнительно
Часть I настоящего пособия содержит рекомендации к формированию вариантов технических решений обеспечения надежности новых железных дорог в проектах транспортного обслуживания территорий с учетом прогрессивного развития всех видов транспорта в ХХI веке. Рассмотрены методы привлечения теории надежности при выборе основных параметров и назначении этапного наращивания мощности проектируемой железной дороги, как большой технической системы из двух взаимодействующих подсистем - статической и динамической. В части II пособия рассмотрены факторы, влияющие на движение поезда по проектируемой новой железной дороге в различных природных условиях, и возможность обеспечения требуемого уровня надежности эксплуатации при выборе основных параметров. Показаны требования к трассе новой железной дороге, как базиса существования большой технической системы, и методы трассирования на различных этапах проектирования, строительства и при реконструкции для усиления мощности, росте грузо- и пассажиропотоков и скоростей движения поездов. Пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплину «Изыскания и проектирование железных дорог» и может быть использовано при разработке дипломных проектов и выполнении аспирантами научных исследований.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» Институт пути, строительства и сооружений Кафедра «Проектирование и строительство железных дорог» Г.С. ПЕРЕСЕЛЕНКОВ И.Г. ПЕРЕСЕЛЕНКОВА ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ ВЫБОРЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НОВЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ Учебное пособие Москва – 2020
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» Институт пути, строительства и сооружений Кафедра «Проектирование и строительство железных дорог» Г.С. ПЕРЕСЕЛЕНКОВ И.Г. ПЕРЕСЕЛЕНКОВА ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ ВЫБОРЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НОВЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ Учебное пособие Под редакцией Ю.А. Быкова для студентов специальности 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» Москва – 2020
УДК 625.11 П 27 Переселенков Г.С., Переселенкова И.Г. Повышение надежности проектных решений при выборе основных параметров новых железных дорог: Учебное пособие/Под ред. Ю.А. Быкова. – М.: РУТ (МИИТ), 2020. – 157 с. Часть I настоящего пособия содержит рекомендации к формированию вариантов технических решений обеспечения надежности новых железных дорог в проектах транспортного обслуживания территорий с учетом прогрессивного развития всех видов транспорта в ХХI веке. Рассмотрены методы привлечения теории надежности при выборе основных параметров и назначении этапного наращивания мощности проектируемой железной дороги, как большой технической системы из двух взаимодействующих подсистем – статической и динамической. В части II пособия рассмотрены факторы, влияющие на движение поезда по проектируемой новой железной дороге в различных природных условиях, и возможность обеспечения требуемого уровня надежности эксплуатации при выборе основных параметров. Показаны требования к трассе новой железной дороге, как базиса существования большой технической системы, и методы трассирования на различных этапах проектирования, строительства и при реконструкции для усиления мощности, росте грузои пассажиропотоков и скоростей движения поездов. Пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплину «Изыскания и проектирование железных дорог» и может быть использовано при разработке дипломных проектов и выполнении аспирантами научных исследований. Рецензенты: Заведующий кафедры «Транспортное строительство в экстремальных условиях» РУТ (МИИТ) к.т.н. Черкасов А.М. Главный инженер проекта АО «Институт «Стройпроект»» к.т.н. Орлов Г.Г. © РУТ (МИИТ), 2020
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ................................................................................................ 7 ЧАСТЬ I НАДЕЖНОСТЬ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ В ПРОЕКТАХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ..………………………………………………………….9 1 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ В ПРОЕКТАХ ТРАНСПОРТНОГО ОБСЛУЖИВАНИЕ ТЕРРИТОРИЙ В УСЛОВИЯХ НАУЧНОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА.......................................................... 9 1.1 Возросшая возможность транспортного обслуживания территорий в ХХI веке по сравнению с ХХ веком....................................................... 9 1.1.1 Водные виды транспорта .................................................................. 9 1.1.2 Сухопутные виды транспорта........................................................... 9 1.1.3 Воздушный вид транспорта.............................................................10 1.1.4 Космические виды транспорта ........................................................10 1.2 Изменения требований к железнодорожному транспорту и его развитию в XXI веке..................................................................................11 1.2.1 Технический прогресс всех отраслей хозяйства............................11 1.2.2 Основные изменения требований в проектах статичных и динамичных подсистем с начала XXI века .............................................12 1.2.3 Объект зарождение грузопотока .....................................................13 1.2.4 Кризисы в XXI веке..........................................................................15 1.2.5 Перспективы использования сети существующих железных дорог России.........................................................................................................15 1.2.6 Выбор основных параметров при проектирование железной дороги в XX веке .......................................................................................17 1.3 Надежность как обобщенный технико-экономический критерий эффективности работы железной дороги – большой технической системы 18 1.3.1 Неполноценность экономических критериев.................................18 1.3.2 Нарастание сложности и совершенствования транспортных систем .........................................................................................................19 1.3.3 Железная дорога, как большая техническая система ....................19 1.3.4 Основные направления теории надежности...................................22 1.4 Классификация подсистем и элементов железной дороги по математическим моделям надежности ....................................................22 1.4.1 Термин - большая техническая система .........................................22 1.4.2 Математические модели при исследовании железной дороги .....23 1.4.3 Нормы проектирования для новых железнодорожных линий......25 1.4.4 Математическая теория надежности в пассажира-перевозках.....25
2 КРИТЕРИЙ НАДЕЖНОСТИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ЭТАПНОГО НАРАЩИВАНИЯ МОЩНОСТИ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ ....................................................................................................27 2.1 Эксплуатационные и конструкционные меры повышения мощности и уровня надежности работы железной дороги....................27 2.1.1 Математические модели эксплуатации железной дороги, как большой системы с обслуживанием и восстановлением .......................28 2.1.2 Математические модели этапного наращивания мощности железной дороги как большой системы с резервированием элементов....................................................................................................34 2.2 Множественная природа отказов железной дороги – большой системы..................………………………………………………………… …….38 2.2.1 Эксплуатационные и конструкционные меры повышения мощности и уровня надежности работы железной дороги....................41 2.2.2 Строительные меры повышения мощности и уровня надежности работы железной дороги ...........................................................................43 2.3 Тождественность появления отказа железной дороги – большой резервированной системы рациональным срокам перехода из одного состояния в другое.....................................................................................44 2.3.1 Математические модели этапного наращивания мощности железной дороги как стратегии восстановления системы .....................46 2.3.2 Этапное наращивание мощности железной дороги по схеме профилактики систем с избыточностью..................................................50 2.3.3 Строительные меры повышения мощности и уровня надежности работы железной дороги как большой системы из последовательно соединенных подсистем............................................................................52 2.4 Основы методики выбора мер повышения мощности и уровня надежности работы железной дороги......................................................55 2.4.1 Единство эксплуатационных, конструкционных и строительных мер повышения уровня надежности железной дороги – большой системы.......................................................................................................55 2.4.2 Выбор оптимальных мер наращивания мощности дороги исходя из принципа равнонадежности ее подсистем..........................................57 2.4.3 Элементы структурного анализа, как средства выбора показателей надежности подсистем при наращивании мощности большой системы – дороги.......................................................................58 2.4.4 Сравнение стратегий обслуживания отдельных подсистем, как основа выбора оптимального сочетания эксплуатационных, конструкционных и строительных мер по наращиванию мощности дороги .........................................................................................................61
2.5 Научно-технический прогресс транспортного строительства в повышении уровня надежности дороги...................................................64 2.5.1 Направления научно-технического прогресса строительных мер повышения уровня мощности (надежности) железных дорог ..............64 2.5.2 Оценка эффекта индустриализации на основе анализа математических моделей обслуживания системы..................................65 2.5.3 Возможные формы проявления эффекта индустриализации и ее роль при синтезе новых строительных мер повышения уровня надежности системы – дороги..................................................................68 ЧАСТЬ II ТРАССИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ........................71 3 ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ НОВОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ТРАССЫ .......71 3.1 Надежность движения поезда в различных условиях прохождения трассы .........................................................................................................71 3.2 Оценка влияния различных факторов на уровень надежности трассы железной дороги............................................................................75 3.2.1 Перечень факторов надежности назначения и народнохозяйственного значения железной дороги...............................75 3.2.2 Перечень факторов надежности учета природного воздействия на железную дорогу........................................................................................78 3.2.3 Перечень факторов надежности взаимодействия элементов железной дороги различных конструкционных решений с движущимися поездами............................................................................80 3.2.4 Перечень факторов надежности обеспечения заданных эксплуатационных условий ......................................................................83 3.2.5 Прочие факторы, влияющие на надежность проектных решений по трассе дороги ........................................................................................84 3.3 Экстремальные ситуации обеспечения надежности движения в трассировочных задачах ...........................................................................85 3.3.1 Трассирование на пересечении значительных высотных препятствий................................................................................................86 3.3.2 Максимальные величины надежно эксплуатируемых уклонов в режиме торможения ..................................................................................92 3.3.3 Максимальные величины ограничивающих уклонов круче руководящего, надежно преодолеваемые поездом в режиме тяги......102 3.4 Надежность при проектировании железных дорог с инерционными уклонами...................................................................................................112 3.4.1 Условия применения инерционных уклонов ...............................112 3.4.2 Необходимость применения инерционного уклона ....................112 3.4.3 Возможность применения инерционного уклона ........................114 3.4.4 Эффективность применения инерционного уклона ....................116
3.4.5 Проектирование инерционных уклонов при тепловозной и электрической тяге ..................................................................................118 4 ТЕХНОЛОГИЯ ТРАССИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ129 4.1 Требование к трассе железной дороги.............................................129 4.1.1 Трасса, как базис железной дороги – большой природнотехнической системы ..............................................................................129 4.1.2 Слагаемые оптимальности вариантов трассы..............................132 4.2 Технология трассирования железной дороги..................................134 4.2.1 Назначение конкурентных вариантов трассы ..............................134 4.2.2 Детальная проработка конкурирующих вариантов .....................135 4.2.3 Главенствующая роль ресурсных показателей в разработке инженерного проекта ..............................................................................136 4.3 Детальное окончательное трассирование вариантов......................138 4.3.1 Преодоление препятствий при укладке трассы ...........................138 4.3.2 Трассирование напряженных ходов..............................................140 4.3.3 Трассирование на крутых косогорах.............................................142 4.3.4 Трассирование на участках опасных геологических процессов (ОГП) ........................................................................................................143 4.3.5 Искусственное развитие трассы ....................................................144 4.4 Корректировки трассы в ходе строительства..................................145 4.5 Изменения трассы железной дороги при реконструкции ..............147 4.6 Трассирование участков железных дорог с использованием инерционных уклонов .............................................................................148 4.6.1 Критерии оптимальности трасс с инерционным уклоном ..........148 4.6.2 Технология трассирования с инерционными уклонами..............150 4.6.3 Расчетная надежность движения на участках с инерционными уклонами в сопоставлении со статистическими данными...................154 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.........................158
ВВЕДЕНИЕ В ускорении развития технического прогресса всех отраслей хозяйствования и жизнеобеспечения транспорт, как связь производства и потребления на конкретных территориях страны, призван соответствовать требованиям времени в меняющихся условиях взаимодействия всех отраслей с окружающей средой, использования существующих связей, их реконструкции и создания новых. Появившиеся в XX веке и интенсивно развивающиеся новые виды магистрального транспорта – автодорожный (заменивший гужевой) и воздушный (самолетный и вертолетный) – не привели к полной замене и отказу в потребности существовавших к началу XX века других видов транспорта – водного (морского и речного) и железнодорожного. Наоборот – научно-технический прогресс позволил совершенствовать возможности каждого вида транспорта, как системы, в обеих его подсистемах – статичной – в виде привязанной к Земле путевой инфраструктуры, и динамичной – в виде подвижного состава, средств тяги и управления движением. Одновременно возникла необходимость выбора при проектировании наиболее рационального использования полученных возможностей и путей их реализации с учетом продолжающегося совершенствования, специализации по видам грузов, возможной гибридизации между видами транспорта, наличия существующей сети путей сообщения, стабильного положения в пространстве источников производства и мест потребления грузопотоков, возможной их деградации или развития. Нарастающая интенсивность развития технического прогресса и турбулентные экономические изменения хозяйствования заставляют при проектировании новых и реконструкции существующих железных дорог рассматривать перспективы их связей и объемов долевого взаимодействия с другими видами транспорта в том виде, как уже было достигнуто и апробировано в XX в. (см. блок-схему рисунок 1). При этом, анализ возникновения, темпы роста и изменения содержания грузов в грузопотоке, как правило, показывает наличие вероятных вариаций всех этих показателей, вплоть до полной трансформации одного вида в другой в обозримый период, и изменения размещения в пространстве как места производства, так и места потребления основной массы груза из грузопотока, что при выборе вида магистрального транспорта и доли его участия в освоении конкретного грузопотока должно прогнозироваться с оценкой вероятности события при логистических схемах.
Железнодорожный транспорт, как вид сухопутного транспорта, в течение XX века претерпевал существенные изменения в развитии как стационарной – статичной, так и динамичной подсистемы, приспосабливающихся к меняющимся требованиям связей производства продукта (груза) и места его потребления и своей роли в этих процессах. В настоящих рекомендациях приводятся оценки того, что технический прогресс и современный уровень развития техники и технологий дают возможность и показывают необходимость в качестве основного критерия в выборе вариантов проектных решений строительства новых и реконструируемых существующих железных дорог принимать расход невозобновляемого ресурса времени. Для этого необходимо использовать результаты опыта проектирования, имеющихся научных исследований и критического применения нормативной базы проектирования при выборе трассы железной дороги с проверкой ее надежности и безопасности движения в эксплуатации.
Часть I НАДЕЖНОСТЬ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ В ПРОЕКТАХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ 1 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ В ПРОЕКТАХ ТРАНСПОРТНОГО ОБСЛУЖИВАНИЕ ТЕРРИТОРИЙ В УСЛОВИЯХ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА 1.1 Возросшая возможность транспортного обслуживания территорий в ХХI веке по сравнению с ХХ веком 1.1.1 Водные виды транспорта Водные виды транспорта в ХХ веке в динамичных подсистемах полностью отказались от паровой тяги, внедрили дизельную, дизель-электрическую и начали осваивать (пока в морском виде транспорта) атомоэнергетическую тягу судов, полностью поменяли плавсредства – суда и баржи и реконструировали судоремонтные и судостроительные заводы. В статичных подсистемах прошло модернизирование судовых ходов на речном транспорте с дноуглублением фарватеров, реконструкцией и строительством новых каналов, развитием портов, доков, причальных фронтов, средств управления судоходства. Появились гибридные судовые перевозки – система река – море, пассажирские судовые маршруты на судах на подводных крыльях и воздушной подушке, прошли экспериментальные испытания высокоскоростных судов – экранолетов. На связи с железнодорожным транспортом прошла реконструкция пассажирских вокзалов, грузовых устройств, терминалов и припортовых станций, и узлов. 1.1.2 Сухопутные виды транспорта На сухопутных видах транспорта произошли коренные изменения динамичных подсистем: развился появившейся в самом начале XX века автомобильный транспорт и полностью заменен гужевой вид тяги и подвижного состава. На железнодорожном