Эксплуатация железнодорожных линий

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЛИНИЙ.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В последние десятилетия наблюдается возрождение европейских железных дорог в результате строительства новых инфраструктур и их эксплуатации с обеспечением услуг высокого качества.

Как следствие, в этот период достигнут значительный прогресс в исследовании (изучении) различных сфер (областей), с которыми связан железнодорожный транспорт. Этот прогресс получил отражение в специальных технических публикациях, для чтения и изучения которых у специалистов-железнодорожников, и особенно у молодых специалистов, которые начинают работать на ж/д транспорте, часто нет необходимого времени.

Однако, с каждым днем все очевиднее важность ознакомления с достижениями технического прогресса, благодаря чему результаты инженерного труда все более соответствуют современным требованиям и экономически целесообразны. В качестве примера можем указать, что еще тридцать лет тому назад не выглядели актуальными такие технические проблемы (вопросы) как взаимодействие пантограф – цепная контактная линия, электрификация 2 Х 25 кV или система сигнализации ERTMS.

Поэтому, мы на кафедре предприятий (промышленных предприятий? Пром. Предпринимательства?) в Высшей технической школе инженеров дорог, каналов и портов г. Барселоны, над которой шефствует COMSA, полагаем, что научному сообществу будет интересна книга, которая отразит современное состояние изучения эксплуатации железных дорог (ж/д линий). Эта книга является продолжением вышедшей в 2006 году книги о железнодорожных инфраструктурах. Данная публикация предназначена для специалистов в данной области, а также для тех, кто желает в ней специализироваться.

Я хочу еще раз поблагодарить профессора Лопеса Питу за то, что он взял на себя труд и написал эту книгу, которая представляет собой исключительно важную работу.

В заключение мне хотелось бы отметить, что данная работа не является более или менее удачным воспроизведением уже известных сведений, а представляет собой хорошо организованное, структурированное произведение, отражающее личные оценки автора, которые являются новым взглядом на общепринятые представления. Я убежден, что данная работа, благодаря своей оригинальности и очевидному вкладу в науку, представляет значительный интерес для отрасли железнодорожного транспорта.

Хорхе Мьярнау Монтсеррат

Президент Группы COMSA

Г. Барселона, 2008 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Эксплуатировать железнодорожную линию или сеть железных дорог – это сравнимо с шахматной партией. Всем хорошо известны правила игры и как ходят фигуры, но для того, чтобы играть хорошо и выигрывать нужно немало опыта, и это непросто. Как при игре в шахматы, так и при эксплуатации железной дороги, общим является умение владеть большим количеством технических приемов и даже уловок. А разница, и большая, состоит в том, что у руководителя эксплуатации, в отличие от шахматиста, противников много, и они не сидят перед ним напротив.

Для успешной эксплуатации железной дороги необходимо тщательное планирование во всем, что касается сооружений, материалов, уровней движения и обслуживания, при этом необходимо предусмотреть все возможные последствия и проблемы, и все это необходимо предвидеть во всех деталях с момента зарождения проекта железной дороги и с начала приобретения подвижного состава. Все вышесказанное важно, особенно для инвесторов, и для того, чтобы приложенные усилия по введению в эксплуатацию ж/дороги максимально обеспечили необходимый результат.

Вышесказанное объясняет, почему список литературы по эксплуатации ж/д весьма ограничен, поэтому мы и приветствуем появление представляемой нами сейчас книги.

Профессор Андрес Лопес Пита, продемонстрировал незаурядную трудоспособность, переработал немалый объем информации и, с характерными для него мастерством и четкостью, строго научно и подробно представил нам основные элементы, касающиеся эксплуатации ж/д линий.

Автор дает краткий исторический обзор, что позволяет лучше понять современные концепции ж/дороги и ее эксплуатации, представляет экономическую информацию, благодаря которой понятнее место ж/дорог в условиях современной конкуренции, в книге дается анализ классических элементов эксплуатации ж/дорог, а также последних технических достижений и тенденций. Детально описаны системы сигнализации, электрификации, тормозные системы, а также способы и средства планирования движения поездов, организации обслуживания и т.д.

Кроме того, есть интересные новшества: впервые в книге такого рода даются полезные и интересные сведения в главах, посвященных энергетике и окружающей среде, эксплуатации скоростных ж/дорог, представлены взгляды европейских инженеров на эксплуатацию ж/дорог, выделяя управление ж/д инфраструктурами, с одной стороны, и оперативное управление, с другой. Это последнее обстоятельство влияет на эксплуатацию ж/дорог и вызывает многочисленные последствия, связанные с управлением производительностью (пропускной способностью? мощностью? объемом?) системы, оплатой дорожной пошлины при ее эксплуатации, т.е. с вопросами, которые до сих пор не излагались так ясно в предыдущей литературе.

Все это, наряду с великолепной информацией, четкими разъяснениями, многочисленными графиками и фотографиями, привело к тому, что настоящая книга по эксплуатации железных дорог, кстати, единственная на испанском языке, стала совершенно необходимой как для управленцев, так и для проектировщиков ж/д линий и является для них важным справочником и источником информации.

И для всех нас, кто заинтересован в развитии современной железнодорожной техники и культуры, эта книга (еще один предоставленный ее автором) роскошный подарок, который доставляет нам удовольствие и позволяет учиться у нашего дорогого учителя и друга Андреса, перед которым мы все в неоплатном долгу.

Иньяки Баррон де Ангойти, выпускник ETSECCPB (Высшей инженерной школы Барселоны),

Директор скоростных ж/д Международного Союза Ж/Д.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Одной из задач университетов является передача обществу тех знаний, которые они создают, и приобщение к этим знаниям профессионалов и всех тех, кто интересуется данной отраслью, в данном случае, речь идет об отрасли железнодорожного транспорта.

Осознавая данную задачу как профессиональный долг, мы, университетские специалисты, в течение последних двух десятилетий подготовили работу, в нескольких томах, под общим названием «Курс по железным дорогам». С тех пор технический прогресс значительно продвинулся в различных секторах данной отрасли. Поэтому мы посчитали целесообразным, с учетом современных требований, подготовить новую публикацию, которая бы позволила читателю расширить и углубить знания в такой постоянно обновляющейся отрасли как ж/д транспорт XXI века.

В связи с этим, в мае 2006 года вышел из печати первый том, посвященный железнодорожным инфраструктурам. За ним последовал второй том (тогда он был на стадии подготовки), посвященный эксплуатации ж/д линий. После двух лет работы его публикация была осуществлена. Благодаря этим публикациям, мы предоставили в распоряжение общества самые актуальные сведения и знания из коммерческой сферы ж/д транспорта.

В работе над этими двумя томами автор получил помощь, необходимую для достижения поставленной цели. В первую очередь, хочу поблагодарить всех тех, кто «открыл передо мной двери» в отрасль транспорта, прежде всего, железнодорожного и оказал всяческую поддержку. Без них эта работа была бы невозможна. Непосредственно в личном плане, моя благодарность – Фернандо Оливейросу, в том, что касается деловой части - благодарю РЕНФЕ (аналог наших РЖД – прим. пер.).

Я также должен отметить заслуги Хорхе Мьярнау Бануса, который в 70-е годы прошлого века, когда я был еще молодым преподавателем, всячески способствовал тому, чтобы я подготовил материалы, которые стимулировали бы интерес студентов инженерных факультетов к отрасли ж/д транспорта. Его работа на протяжении ряда лет привела к созданию кафедры COMSA в Высшей технической школе инженеров дорог, каналов и портов Барселоны (ETSECCPB) и в конечном итоге, способствовала выходу в свет этой книги. Хорхе Мьярнау Монтсеррат продолжил работу своего отца, я всегда получал от него необходимую помощь для продолжения исследований в области ж/д транспорта, подготовки инженерных кадров и распространении научных знаний в этой области.

Моя благодарность ему!

Многие другие люди на протяжении моей профессиональной карьеры способствовали моему участию в важных мероприятиях, моему профессиональному росту, благодаря чему, на протяжении ряда лет я смог подготовить эту книгу. Моя самая искренняя благодарность всем им. В частности, тому, кто, желая сохранить анонимность, наилучшим образом отражает такое понятие как дружба.

Я также хочу выразить признательность правительству Каталонии, которое на протяжении более, чем двадцати лет неоднократно предоставляет мне возможность участвовать в самых интересных железнодорожных проектах. Определенный опыт, приобретенный при этом, получил свое отражение в данной публикации. Должен признать, что Каталонский политехнический университет (UPC) вообще, и Высшая техническая школа инженеров дорог, каналов и портов Барселоны (ETSECCPB), в частности, создали условия, необходимые для подготовки этой книги. Спасибо!

Я благодарю также издательство Каталонского политехнического ун-та, которое так же, как и при подготовке первой книги, проявило высокий профессионализм и успешно решило все вопросы, связанные с подготовкой к печати многочисленной графической информации, что было бы невозможно без неустанной помощи Аны Марти. Хочу также поблагодарить Жузепа Эскарпа и Монтсе Моне, которые способствовали хорошему качеству данного издания.

И помимо всего этого, моя благодарность моей жене Майте и моим детям Сильвии, Лауре и Андресу, которые с пониманием относились к моему долгому отсутствию, связанному с подготовкой этой книги. Их поддержка была совершенно необходима для того, чтобы закончить эту трудную работу и подготовить эту публикацию. При таких обстоятельствах слова благодарности недостаточны, чтобы выразить полностью истинные чувства.

А.Лопес Пита

ОГЛАВЛЕНИЕ:

Начальная организация эксплуатации ж/д

Исторические заметки. 19

Введение. 19

Паровая тяга .19

Дизельная тяга 20

Электрическая тяга 22

Электрификация одной линии 22 .

Электрификация с постоянным током 24

Электрификация с переменным током, однофазовая, со специальной частотой 24

Электрификация с переменным током, однофазовая, с промышленной частотой 24

Сравнительный экономический анализ различных систем тяги в 60-е годы ХХ в. 25

Сигнализация и централизация управления 28

Коммуникации (системы связи?) 34

Направление движения поездов 36

Современная сигнализация на обычных и скоростных ж/д линиях 39

Введение 39

Перегон 39

Скорость движения и длина перегонов 43

Повтор сигналов в локомотиве и контроль скорости 45

Повтор сигналов через стоп-кран? И маркерный маяк?

(Repetition de senales por cocodrilo у baliza) 45

Французская система повтора сигналов и контроля скорости

(предварительное оповещение) 45

Французская система контроля скорости по маркерным маякам 46

Немецкая система Indusi 47

Испанская система ASFA 47

Испанская система (Ebicab 900) 50

Сигнализация на скоростных магистралях 51

Введение 51

Системы TVM 52

Система LZB 57

Система ERTMS 59

Электрификация одной линии 69

Введение 69

Воздушная контактная линия 69

Уравнение контактной сети (линии) 74

Длина контактной линии 76

Главные компоненты воздушной контактной линии 76

Разновидности контактных линий (сетей) 78

Анализ компонентов контактной линии 81

Столбы 81

Консоли 86

Изоляторы 87

Опорный трос 87

Подвески 87

Контактный провод 87

Контактная сеть (линия) в туннеле 88

Секционные изоляторы 88

Стрелки контактного провода 90

Опоры 91

Механическая компенсация контактной линии 94

Взаимодействие пантограф – контактная сеть (линия) 95

Введение 95

Динамическое поведение 98

Частота собственного колебания контактной сети (линии) 106

Критическая скорость для контактной сети (линии) 107

Скорость, максимально допустимая для контактной сети (линии) 108

Усилие пантограф – контактная линия 111

Основные типы контактной сети (линии), используемые на

скоростных магистралях 121

Франция 121

Германия 123

Контактные сети (линии) во Франции и Германии для экспериментального

движения на сверхвысоких скоростях 123

3.6.4. Испания 124

Главные характеристики электрификации на линии постоянного тока 124

Основные аспекты 124

Методология расчетов 125

Принципы электрификации с переменным током 128

Производство и распределение энергии 128

Электропитание на ж/д линиях 132

Электросистемы с переменным током 134

Измерения в электросистемах с переменным током 141

Электрификация на ж/д линиях в настоящее время 143

Технические системы эксплуатации 149

Введение 149

Станции (вокзалы) на линии 149

Конфигурация путей на станциях на одноколейной дороге 150

Конфигурация путей на станциях на двухколейной дороге 152

Анализ основных систем блокировки 152

Полуавтоматическая блокировка 154

Ручная электрическая блокировка 154

Автоматическая блокировка 154

Пути для двустороннего движения и постоянные сооружения для движения в противоположном направлении 160

Современные системы блокировки на испанских ж/дорогах 162

Системы радиотелефонии 162

Контроль за движением на высокоскоростных ж/дорогах 166

Особые зоны ж/д эксплуатации: ж/д переезды 166

Введение 166

Традиционные системы защиты на ж/д переездах 167

Функционирование ж/д переездов 168

Защита ж/д переездов при V = 160 км/час 169

Ликвидация ж/д переездов. Критерии для решений в Испании 171

Планирование движения поездов 175

Введение 175

Пассажирские перевозки 175

Пригородные линии 175

Региональные линии 177

Дальние маршруты 177

Грузовые перевозки 180

Планирование движения поездов 181

Изучение расписаний 185

Графики движения 185

Основные положения (концепты) 185

Планирование (проект) графика 185

Типовые графики движения 187

Реальные графики некоторых ж/дорог 188

Ритмичный график 188

Введение 188

Исходные данные ? 188

Необходимые материалы 193

Практическая реализация 195

Информация о графике и маршрутах движения поездов 196

Организация необходимых транспортных средств и материалов и

человеческих ресурсов 197

Пропускная способность линий 201
Введение 201

Предварительные положения (концепты) 201

Анализ факторов, влияющих на пропускную способность линии 203

Минимальный интервал между поездами, путевые знаки

(Зависимость минимальных интервалов между поездами от видимости машинистом путевых знаков) 204

Ручная блокировка 205

Автоматическая блокировка 205

Минимальный интервал и пропускная способность линии 207

Расчет пропускной способности линии 209

Введение 209

Методика AAR 209

Методика немецких ж/дорог (1975) 210

Методика UIC (1979) 211

Пропускная способность линии и интервалы между поездами 212

Новая возможность увеличения пропускной способности 212

Оценка используемой пропускной способности 214

Параметры пропускной способности линии 217

Увеличение пропускной способности линий 217

Строительство новых линий и недостаточная пропускная способность

обычных линий 221

Пропускная способность линий в инфраструктурах высокоскоростных

магистралей 223

Организация пассажирских перевозок 227

Введение 227

Перевозки на пригородных линиях 228

Начало перевозок на пригородных линиях 228

Современная сеть пригородных линий в Испании 230

Факторы, определяющие перевозки на пригородных линиях 235

Измерение качества услуг 239

Соотношение качество услуг – спрос на перевозки 240

Материалы для перевозок на пригородных линиях 241

Эволюция и современное состояние перевозок на пригородных линиях 245

Перевозки на региональных линиях 246

Введение 246

Перевозки на региональных линиях Испании: организация и тенденции 247

Эволюция движения пассажиров и качества услуг 251

Перевозки на региональных линиях Франции 253

Перевозки на региональных линиях Германии 257

Междугородние пассажирские перевозки 260

Исторические заметки 260

Показатели качества перевозок в дневное время 265

Организация перевозок на дальние расстояния на испанских ж/д 279

Эволюция движения пассажиров на дальних и высокоскоростных линиях 284

Движение пассажиров на ж/дорогах некоторых европейских стран 288

Пассажирские терминалы 290

Введение 290

Типология линейных станций на трассах дальнего следования 296

Типология крупных терминалов 299

Размерность линейных станций и крупных терминалов 305

Ж/д станции в аэропортах 316

Введение 316

Станции для доступа в аэропорты на обычных ж/д линиях 317

Ж/д станции в аэропортах, имеющие выход на высокоскоростные дороги 318

Глобальная оценка современного положения и возможных тенденций 320

Организация (движения) грузового транспорта 325

Состояние вопроса 325

Главные факторы выбора вида грузового транспорта 331

Организация грузового транспорта в RENFE, начиная с 1992 г. 334

Международный грузовой транспорт (перевозки) и ширина колеи 337

Эволюция спроса на грузовые перевозки по железной дороге на RENFE с 1992 г. 341

Положение с перевозкой грузов по ж/дороге в Европе 341

Комбинированный? транспорт в Европе 350

Грузовые перевозки по ж/дорогам через Пиренеи и Альпы 366

Морской и ж/д транспорт 376

Введение 376

Роль ж/д транспорта в доставке грузов на морской транспорт и с морского 377

Потенциал (возможности?) ж/дороги в главных европейских портах:

Горизонт 2005/2010 381

Потенциал (возможности?) ж/дороги в межконтинентальной перевозке грузов 392

Движение поезда: необходимая мощность и прицепной вес в стандартном

составе 395

Общая постановка вопроса 395

Сопротивление при движении (вперед)? 396

Сопротивление трению букс 396

Сопротивление трению 396

Сопротивление изгибу рельса 397

Сопротивление на поворотах 397

Сопротивление на спусках 399

Общее сопротивление при движении. Первые проявления. 403

Новые (современные) проявления сопротивления при движении 405

Сопротивление при движении в туннеле 407

Сопротивление при трогании с места 407

Прицепной вес (прицепная нагрузка) на локомотив 408

Введение 408

Сцепление (сила сцепления) 408

Ограничение сцепного устройства (локомотива) по весу 411

прицепная нагрузка (вес?) при трогании с места 411

прицепная нагрузка (вес?) при постоянной скорости 412

Дополнительные ограничения на установку практической

прицепной нагрузки (веса?) 412

диаграммы усилия – скорости на локомотиве 415

необходимая мощность 416

Сопротивление на движение, сцепление и мощность высокоскоростных поездов 419

Введение 419

Сопротивление при движении высокоскоростных поездов: французский опыт 422

Практические формулы сопротивления при движении высокоскоростных поездов 424

Японский опыт 426

Сцепление у высокоскоростных поездов 430

Мощность у высокоскоростных поездов 432

Торможение 437

Введение 437

Основные влияющие факторы. Торможение колодками 437

Система управления торможения колодками 442

Мощность торможения и тормозной путь 445

Эволюция и развитие тормозных систем 448

Ограничение скорости в связи с торможением 453

Торможение высокоскоростных поездов 454

Планирование и коммерческая эксплуатация высокоскоростных ж/дорог 461

Происхождение и обоснование высокоскоростных ж/дорог в Европе 461

Пределы скоростей на классических маршрутах 461

Проблемы с недостаточной пропускной способностью и их влияние на

строительство новых линий 462

Экономические проблемы обычного ж/д транспорта на фоне развития авто-

и воздушного транспорта 463

Технический прогресс, способствовавший развитию высокоскоростного ж/д

транспорта 464

Высокоскоростной и очень высокоскоростной (ж/д?) транспорт 464

Система эксплуатации высокоскоростных магистралей 466

Перевозки пассажиров или смешанные перевозки 483

Экономический эффект обслуживания на высокоскоростных магистралях 488

Японский опыт: необходимая отсылка 488

Европейский опыт 490

Оптимизация роли ж/дороги в междугородних пассажирских перевозках 496

Технический прогресс на ж/дороге 496

Увеличение скорости с экономической точки зрения 497

Возможные новые сценарии предоставления услуг на высокоскоростных линиях Х? 499

Ж/дорога, энергия и окружающая среда 501

Введение 501

Потребление энергии при междугородних пассажирских перевозках по

ж/дороге (1970-1990) 503

Потребление энергии при междугородних пассажирских перевозках по

ж/дороге (1990-2007) 504

Потребление энергии при региональных и пригородных пассажирских

перевозках 507

Потребление энергии на грузовых перевозках 507

Загрязнение атмосферы, изменение климата и ж/дорога 508

Комплексный взгляд на воздействие высокоскоростной ж/д на окружающую среду 513

Управляющие инфраструктурами и транспортные операторы. Введение.

Традиционная организация железнодорожных предприятий (пример RENFE)

Директива 91/440 и ее влияние на организацию традиционных ж/д предприятий

Каноны использования (эксплуатации?) ж/д инфраструктур

Приложение. Примерный расчет востребованности высокоскоростных ж/д линий у пассажиров. Введение.

Расчет пассажиропотока в японской сети высокоскоростных ж/дорог.

Расчет пассажиропотоков на линии TGV – юго-восток.

Маршрут (ось) Барселона – Нарбонн

Линия TGV-Атлантика