Разработка и внедрение новой конструкции скреплений пути метрополитена

 IV конференция "ТРИЗ. Практика применения методических инструментов"

Разработка и внедрение новой конструкции скреплений пути метрополитена

Б.Наумов ООО Генеральный директор ООО «АБВ».

Введение

Проблема вибраций генерируемых поездами метрополитена и передающейся на вышерасположенные здания возникла одновременно с созданием самого метрополитена и обостряется с каждым годом вместе с ростом интенсивности движения поездов подземки. Потребность в ускоренном и экономически эффективном развитии городской транспортной сети, необходимо удовлетворять при условии, возросших цен на землю, особенно вблизи метро, и с учетом высоких требований собственников квартир (в отличие от жильцов прежних времен) к комфорту проживания без шума и вибраций. Строительство экономически оптимального метрополитена мелкого заложения позволяет сегодня выполнить только одно из двух условий – если приоритетен комфорт жителей, то необходима большая техническая зона вокруг линии метрополитена, исключаемая из жилищного (а часто и коммерческого) строительства, но обеспечивающая постепенное затухание вибраций в грунтах. Другие ныне существующие средства виброзащиты в метрополитене не обеспечивают эффективную защиту зданий и сооружений, поскольку либо малоэффективны, либо слишком дороги в сооружении и обслуживании.

В то же время метрополитен генерирует в диапазоне частот 31,5 – 63Гц вибрации, которые превышают допустимые санитарными стандартами величины на 10 – 20 дБ.

Следует отметить, что в ряде современных работ, утверждается на основании экспериментов, связанных с чувствительностью людей к вибрациям, что эти нормативы справедливы только для частоты около 50 Гц. В более низком частотном диапазоне они слишком жесткие, а выше - слишком мягкие. По мнению авторов этих работ, научно обоснованный норматив должен выглядеть примерно так: 16 Гц – 72 дБ; 31,5 Гц – 68 дБ; 63 Гц – 61 дБ.

Если это будет принято как стандарт, то и без того непростая задача снизить вибрации в частоте 63 Гц на 20 дБ, стоящая ныне перед создателями виброзащитных конструкций, станет еще сложней поскольку снижать придется на 30 дБ.

В отличие от пути магистральных железных дорог эксплуатация пути метрополитена имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при рассмотрении и выборе конструкций пути. Мы детально рассмотрим их немного позже. Все вышеперечисленные особенности привели инженеров к необходимости разработки конструкций ВСП, отличных от обычно применяемых на магистральных железных дорогах.

Анализ и обобщение методов примененных при создании виброзащитных конструкций пути метрополитена показывает, что их можно свести к двум основным способам:

  1. Виброгашения: снижения вибраций возникающих при взаимодействии пути и подвижного состава за счет снижения жесткости подрельсовых опор;
  2. Виброизоляции: уменьшения вибраций передаваемых от рельса на лотковую часть тоннеля путем снижения передаточной функции подрельсового основания за счет антирезонанса, то есть использования эффекта того, что генерируемые поездом возбуждающие колебания, частоты которых больше чем собственная частота верхнего строения пути, располагающегося между источником – линией взаимодействия колесо-рельс и лотковой частью тоннеля, не способны вынудить верхнее строение пути к значительным колебаниям, и оно не раскачавшись, само не раскачает и лотковую часть тоннеля и тоннельную обделку.

Поскольку на величину собственной частоты колебательной системы с одной степенью свободы, влияют всего два параметра - масса подрельсового основания и жесткость упругих элементов (УЭ) которые отделяют его от тоннеля - то на их рациональное изменение и были направлены все усилия ученых и конструкторов. Эти условия очевидно вытекают из формулы определения эффективности системы виброзащиты, как системы с одной степенью свободы:

N = F/Fо,

где   N – Коэффициент виброизоляции; F – Частота вынужденных колебаний рельса; – Частота собственных колебаний ВСП,

При такой модели наиболее эффективными должны быть массивные плитные конструкции. Однако эффективность виброзащитных конструкций на практике существенно расходится с рассчитанной таким образом.

Увеличение массы подрессоренной части подрельсового основания является не единственным путем совершенствования виброзащитных конструкций ВСП, и на сегодня активно развиваются альтернативные ему направления.

Анализ существующих виброзащитных конструкций пути метрополитена показывает, так же, что все они не дают оптимального способа разрешения ключевого противоречия: И высокая эффективность, И удобство в сооружении и эксплуатации. Всякий раз происходит поиск компромисса. Например, плитные конструкции, обладая высокой эффективностью виброзащиты, представляют значительные сложности в эксплуатации: замена упругих элементов во многих из них и вовсе не предусмотрена, а в других - требует долговременной остановки движения. В подрельсовые же или нашпальные прокладки заменяются легко и удобно, но вот эффективность их существенно ниже.

Обозначенные выше два способа виброзащиты являются альтернативными. Для высокой эффективности виброзащиты необходимо максимальное выполнение как минимум одного из двух условий:

  1. Снижение динамической жесткости пути для виброгашения;
  2. Увеличение массы подрельсового основания и снижение динамической жесткости подвешивания подрельсового основания для создания виброизолирующего эффекта.

Рассмотренные выше особенности эксплуатации пути на метрополитене диктуют ряд требований, противоречащих вышеизложенным требованиям виброзащиты, или затрудняющих их выполнение.

Перечислим эти эксплуатационные особенности:

1.Обводненность тоннеля, загрязненность лотковой части тоннельной обделки и низкая освещенность тоннеля требуют расположения обслуживаемых узлов в верхней, освещенной части конструкции ВСП;

2.Необходимость быстрого восстановления движения при возникновении неисправностей требует легкодоступности всех элементов конструкции;

3.Условия безопасности требуют сооружения на станционных путях широкого водоотводного лотка 900 мм;

4.Применение безбалластного пути увеличивает эффект обратной волны рельса, которая стремится поднять рельс вверх и противодействие которой требует учета при проектировании ВСП;

5.Ограничение прогиба рельса пятью миллиметрами лимитирует вертикальную жесткость подрельсового основания;

6.Высокие тяговые напряжения и токи, в случае их утечек на тоннельную обделку, вызывают электрокоррозию металлических элементов пути и тоннельной обделки и требуют эффективной электроизоляции рельсов;

7.Высокая интенсивность движения обуславливает ускоренный износ всех элементов ВСП и повышает требования к их долговечности;

8.Осуществление текущего содержания и ремонтов в короткие ночные «окна» существенно повышают стоимость эксплуатации, что, в свою очередь, требует максимальной надежности и долговечности конструкций;

9.Короткие ночные «окна» в движении поездов:

-Требуют поэтапной и высокопроизводительной технологии при монтаже и эксплуатации конструкций ВСП;

-Затрудняют переброску на ремонтируемый участок средств механизации и тяжелого инструмента, что требует конструкций пути, эксплуатируемых и ремонтируемых вручную с минимальным набором инструмента.

Возникающие противоречия между требованиями виброзащиты и эксплуатационными требованиями могут быть кратко сформулированы следующим образом.

А. Конструкция, или часть конструкции ВСП подвешенная в тоннеле на УЭ должна быть массивной, но при этом:

-Не мешать созданию на станции широкого лотка безопасности;

-конструкции не смотря на свой объем не должна закрывать собой упругие элементы, которые должны быть доступны для замены и контроля;

-будучи массивной, конструкция должна при этом монтироваться и демонтироваться без малой механизации.

Б. Динамическая жесткость ВСП должна быть минимальной по вертикали с учетом ограничения в 5 мм, но при этом:

  • упруго подвешенные элементы ВСП, свободно перемещаясь по вертикали должны быть ограничены в перемещениях вдоль горизонтальных осей, то есть - перемещаться по каким-то направляющим, обеспечивающим ширину колеи и ее расположение относительно тоннеля;
  • эти большие перемещения, к тому же осуществляемые с высокой интенсивностью (до 4 000 000 раз в год), не должны приводить к износу направляющих, по которым перемещаются подвешенные элементы ВСП.

Таким образом, сформулированы противоречия, разрешение которых позволит создать конструкцию ВСП - максимально эффективную и с точки зрения виброзащиты, и с точки зрения эксплуатации.

Требования виброзащиты и эксплуатационные требования в большинстве являются противоречивыми - улучшение одного ухудшает другое. Для точной постановки научной задачи и выявления основных технических противоречий в работе проведена полная классификация вариантов виброзащитных конструкций пути (сведено в морфологическую матрицу).

Рис. 1 Классификация виброзащитных конструкций верхнего строения пути

 

По каждой из осей полученной матрицы проводилась оптимизация и выбор наилучшего варианта для конкретных условий. Таким образом был построен синтетический образ виброзащитной конструкции верхнего строения пути.

Выбранные конструктивные параметры, носят качественный характер, отвечая на вопрос: какой из вариантов лучше с точки зрения сформулированных требований. Далее в работе определялись количественные параметры, необходимые для проектирования виброзащитной конструкции ВСП.

Выявлена следующая причинно следственная цепочка: при снижении вертикальной жесткости пути отмечается снижение собственной частоты ВСП и, как следствие, повышение эффективности виброизоляции; снижение ударного воздействия рельса на шпалу и, как следствие, на остальные части пути и тоннеля; снижение разницы в жесткости пути на шпалах и между ними и, как следствие, рост эффекта виброгашения; снижения напряжений в рельсе и нагрузки на каждую шпалу.

Последствия отрицательного характера зафиксированы только в конструкциях ВСП, где вертикальная жесткость напрямую связана с горизонтальной. Именно этим, а не снижением вертикальной жесткости определяется отрицательный эффект.

Таким образом, вертикальная жесткость является не оптимизируемым параметром, поскольку с ее уменьшением все показатели улучшаются, а параметром, регламентируемым эксплуатационными требованиями.

Так при снижении жесткости подрельсовых опор увеличивается число опор, на которые распределяется нагрузка – если в типовом пути это чаще всего 3 опоры, то в этом случае нагрузка распределена на 6 шпал.

При снижении горизонтальной жесткости опоры в продольном и поперечном направлениях происходит уширение колеи и изменение подуклонки рельса; возникают дополнительные напряжения в рельсе; происходит угон рельса. Все это ухудшает качество пути, однако в то же время снижается нагрузка на каждую шпалу за счет ее распределения между большим количеством шпал, что повышает долговечность шпал.

На основании проведенных исследований и расчетов в работе создан следующий эталон виброзащитной конструкции ВСП: легкая, одноступенчатая, с нелинейным УЭ, расположенным рядом с рельсом с наружной стороны колеи, выполненным в виде стальной или полимерной пружины с возможностью добавления демпфера.

Техническое противоречие мешающее реализации оптимальной конструкции ВСП может быть сформулировано следующим образом:

Снижение вертикальной жесткости во всех конструкциях ВСП снижает вибрации, но приводит к снижению горизонтальной жесткости, что является недопустимым.

В оптимальной конструкции подвешенные элементы ВСП, должны свободно перемещаться на 5 мм по вертикали и при этом должны быть ограничены в перемещениях вдоль горизонтальных осей, то есть - перемещаться по каким- то направляющим, обеспечивающим ширину колеи и ее расположение относительно тоннеля. Эти большие перемещения, к тому же осуществляемые с высокой интенсивностью (до 4 000 000 раз в год), не должны приводить к износу направляющих, по которым перемещаются элементы ВСП.

С целью решения противоречия, был проведен структурный анализ ВСП для обеспечения возможности приложения к задаче теории базирования разработанной и широко применяемой в других областях техники.

Для корректного и оптимального выбора способа решения противоречий необходимо отойти от конкретных конструктивных решений и рассмотреть ВСП в самом общем виде и с минимальным применением специальных терминов. Это позволит не оказаться в плену у известных конструкций и не копировать их недостатки.

В общем случае в состав конструкции пути входят следующие элементы:

  1. рельс;
  2. рельсовое скрепление - обеспечивает прикрепление рельса к распределяющему элементу и в некоторых конструкциях распределяет нагрузку на большую чем подошва рельса площадь;
  3. распределяющий элемент (РЭ) (шпала, лежень, рама, и т.д.) - обеспечивает установку скрепления и распределение нагрузки от рельсов на основание;
  4. дополнительный распределяющий элемент (ДРЭ) (путевой бетон, или балласт) - обеспечивает установку шпал и дополнительное распределение нагрузки от шпалы на основание. Частично компенсирует неточности в изготовлении и установке элементов;
  5. основание пути (лотковая часть тоннеля, мостовое полотно эстакады и т.д.) - воспринимает нагрузку от распределяющих элементов и передает ее на сооружения;
  6. сооружения (тоннели, эстакады) - передают нагрузку от основания пути на грунты;
  7. упругие элементы (УЭ)- располагаются в местах стыков вышеперечисленных элементов и снижают ударные воздействия в их стыках, а также вибрации и шум. Частично компенсируют неточности в изготовлении, сборке и установке элементов.

Процесс лишения тела степеней свободы называется базированием. Выделяют установочную базу – лишает тело 3х степеней свободы - одного перемещения и двух вращений, направляющую базу – лишает тело одного перемещения и одного вращения и опорную базу – лишает одного перемещения. Кроме того применяются двойная направляющая база – лишает тело двух перемещений и двух вращений и двойная опорная – лимитирующая два перемещения. Комплект баз - это совокупность баз, однозначно определяющая положение тела в пространстве.

Рельс забазирован, удерживаясь:

от вертикального перемещения и поворота вокруг горизонтальных осей - опиранием подошвы на подкладку скрепления или непосредственно на подрельсовую площадку распределяющего элемента. Это его установочная база;

от смещения в горизонтальном направлении, перпендикулярном оси рельса, и от поворота вокруг вертикальной оси упором в реборды скрепления или распределяющего элемента. Это направляющая база;

от перемещения вдоль своей оси - силой трения в скреплении или в специальных противоугонах, опирающихся на боковые поверхности распределяющего элемента. Это опорная база.

Подкладка, являющаяся базирующей частью скрепления, удерживается:

от вертикального перемещения и от поворотов вокруг горизонтальных осей - опиранием на шпалу или основание;

от сдвига в горизонтальных плоскостях двойной опорной базой реализованной отверстием в подкладке и одним из шурупов либо болтом. Существует так же вариант направляющей базы реализованной одним отверстием и специальным выступом на РЭ или основании.

от поворота вокруг вертикальной оси опорной базой реализованной другими отверстием – шурупом. Это наиболее сложный случай: в настоящее время все чаще применяются бесподкладочные скрепления, в которых реборды и места установки крепежных деталей выполнены на распределяющем элементе или на основании;

Распределяющий элемент устанавливается на свою нижнюю плоскость и удерживается:

  • от вертикального перемещения и от поворотов вокруг горизонтальных осей - опиранием на дополнительный распределяющий элемент или на основание - установочная база;
  • от перемещения в горизонтальной плоскости по направлению вдоль оси пути и от проворота вокруг вертикальной оси - опиранием длинной боковой плоскости в дополнительный распределяющий элемент (балласт или путевой бетон). Для лежней и рам иногда выполняют специальные упоры на основании, но это не меняет сути дела. Это направляющая база;
  • от перемещения перпендикулярного оси пути - трением и (или) опиранием торцом в дополнительный распределяющий элемент, либо в основание.

Аналогичным образом забазированы и остальные элементы конструкции верхнего строения пути.

Рис 2

Такое базирование является традиционным и все элементы ВСП имеют форму, приспособленную именно для такого базирования. Качество базирования определяет стабильность положения базируемого элемента в пространстве.

Разумеется, базы только в теории являются абсолютно жесткими. Поскольку именно те поверхности элементов ВСП, которыми они стыкуются друг с другом, являются базовыми (а именно в стыках конструкции располагают УЭ), то для оценки качества базирования необходимо рассмотреть поведение элементов при снижении жесткости баз.

Наиболее значительного снижения жесткости баз, в основном в вертикальном направлении, требует функция защиты окружающей среды от вибраций, генерируемых подвижным составом. Именно вертикальное перемещение мы будем считать полезным эффектом и с этой позиции рассмотрим последствия снижения жесткости баз.

Снижение жесткости конструкции осуществляется путем расположения упругих элементов в стыках между элементами. Вместо жестких опор появляются пружины. Это приводит к двум последствиям:

  1. установочная база, ограничивающая элемент конструкции в перемещении по вертикали и поворотах вокруг горизонтальных осей, при преобразовании базовых опор в упругие, предоставит ему свободу перемещения сразу по трем координатам. Полезным является вертикальное перемещение, а поворот вокруг горизонтальной оси, параллельной оси рельса является одной из составляющих горизонтальной жесткости и приводит к нарушению геометрии и стабильности;
  2. направляющая база выражена двумя точками. При снижении жесткости установочной базы элемента и начале перемещения элемента на 5 мм под нагрузкой, одновременно возникает скольжение этого элемента по направляющей базе, что приводит к износу элемента или базовых поверхностей направляющей базы и нарушению геометрии и стабильности пути.

Особенно явно последствия первого типа проявляются при снижении жесткости баз рельса или малоразмерных РЭ (шпалы, полушалки), поскольку малые расстояния между базовыми опорами приводят к бо′льшим углам вредных поворотов.

Последствия второго типа более опасны в случаях введения упругих элементов под массивные части: такие, как крупноразмерные РЭ (лежни рамы) или основания (плиты), поскольку большая масса элементов создает высокие контактные напряжения на базовых поверхностях направляющей базы, тем самым увеличивая силу трения и, как следствие, износ.

Борьба конструкторов с первым из названных последствий ведется давно. В основном, она была сконцентрирована в зоне стыка рельса с РЭ и привела в конце 90-х годов к созданию упругих подрельсовых прокладок с несимметричными по направлениям свойствами, которые позволяют повысить горизонтальную жесткость, не увеличивая вертикальной.

Но ни основная схема базирования, ни ряд ее улучшений не позволили размещать в стыках элементов конструкции ВСП УЭ низкой жесткости таким образом, чтобы это не приводило к значительному изменению условий, точности или долговечности базирования по другим координатам – в худшую сторону. Это обстоятельство привело к тому, что большинство разработчиков отказались от идеи снижения жесткости УЭ.

И это несмотря на то, что уже давно стало классическим высказывание: «…пружинность скреплений, особенно на пути с жестким основанием (а уж в метрополитене основание крайне жесткое (Прим. авт.), чрезвычайно необходима для того, чтобы упруго перерабатывать вертикальные и горизонтальные поперечные ударные и динамические воздействия колес на рельсы, гасить высокочастотные вибрации ….». И далее: «…важно создавать упругость пути в самых верхних его элементах…». Задача эта не потеряла актуальности, но решения в классических конструкциях, применяемых в метрострое, получено не было. И мешает этому, как мы выяснили, схема базирования, применяемая ныне в конструкциях ВСП. Именно на ней и стоит сосредоточить внимание.

Одним из ключевых вопросов, которые необходимо решить при переходе к схеме с большим ходом, это сохранение работоспособности упругих элементов на большом числе циклов. Для Иными словами, нужно обеспечить большой ход рельса, но при этом малых ход упругого элемента. Это можно обеспечить, если упругий элемент будет взаимодействовать не напрямую с перемещаемым рельсом, а например, через разноплечевой рычаг. Было разработано несколько схем виброзащитных креплений, основанных на данном принципе. Выбор подобной рычажной схемы крепления задал узкую область, в которой будем проводить работы далее. В рамках очерченного габарита удаленность оси поворота от рельса ограничивается:

  • металлоемкостью конструкции - чем дальше ось, тем больше размер и масса несущей конструкции скрепления
  • расстоянием от рельса до лотка, поскольку прикреплять какие либо элементы конструкции к шпале, висящей над лотком недопустимо.

В то же время, увеличение расстояния от рельса до оси уменьшает износ шарнира, поскольку, чем более шарнир удален, тем меньше в нем перемещение и износ - соответственно.

Графические методы показали, что подуклонка рельса остается в допуске при вертикальном перемещении головки рельса на 5 мм в случаях вращения его относительно оси, удаленной от оси рельса не менее чем на 170 мм. Это определяет минимальный габарит конструкции со стороны оси пути. Удаленность от рельса УЭ, расположенного, снаружи от рельса, ограничена габаритом приближения конструкций контактного рельса. При компоновке конструкции упругий элемент, вынесенный из под рельса, позволяет использовать габаритные в осевом типы упругих элементов, в том числе и витые пружины, добиваясь при этом оптимальных соотношений свободной и сжатых высот. Общая высота УЭ лимитируется габаритом приближения контактного рельса

Проведенный этап конструирования позволил создать конструкцию, приведенную на рисунке

Рис. 3 Созданная виброзащитная конструкция рельсового скрепления

Изменением плеч от шарнира до рельса и до упругого элемента можно в процессе конструирования регулировать жесткость упругого элемента в сочетании с жесткостью подрельсовой опоры в целом - что дополнительно расширило выбор упругих элементов.

Конструкция обеспечивает соблюдение всех допусков по параметрам пути и способна обеспечивать жесткость пути и нагрузочную способность. Проверочный силовой расчет конструкции проводился на расчетной программе Космос – Воркс. Расчет подтвердил отсутствие опасных напряжений в конструкции.

Таким образом, была определена техническая возможность реализации подрельсовых опор, обеспечивающих возможность снижения жесткости пути в 15 раз по сравнению с типовым путем - без нарушения его эксплуатационных и прочностных характеристик по всем остальным параметрам. Создана конструкция, в частности рельсового скрепления реализующая эту возможность и способная нести необходимые нагрузки. Создание такой конструкции открыло путь к существенному изменению параметров ВСП, давая для этого принципиально новые возможности. Обеспечивая весьма точную линейную характеристику упругости, она позволяет гораздо точнее вычислять виброэффективность вновь создаваемых конструкций пути.

Рис. 4 Графический результат расчета созданной виброизолирующей конструкции рельсового скрепления

Проведенная детализация динамики подрельсового основания позволила получить комплексную математическую модель возникновения и распространения колебаний и тем самым решить задачу прогнозных расчетов эффективности виброзащиты при разных жесткостях подрельсового основания.

 

Рис. Модель рельсового скрепления с «плавающей» установкой рельсов

 

Рис. Модель нового рельсового скрепления

 

Достоверность произведенных расчетов была подтверждена испытаниями и измерениями, проведенными с привлечением профильных научных центров и специалистов. Так, положительные заключения были даны профильными лабораториями и кафедрами МИИТа, а также центром испытаний в Германии.

Для подтверждения достоверности разработанных моделей динамики подрельсового основания были проведены экспериментальные исследования рельсового скрепления созданного с соответствии с положениями диссертации, и позволившего реализовать вертикальную жесткость 4 кН/мм при сохранении в пределах допусков остальных жесткостных и геометрических параметров скрепления.

На первом этапе были проведены стендовые испытания с имитацией поездной нагрузки и контролем передаточной функции скрепления от рельса к основанию. Испытания проводились на стенде фирмы Герб в Берлине. Они позволили выявить значительное снижение вибраций.

Одновременно с ними была осуществлена серия стендовых прочностных и ресурсных испытаний подтвердившая расчетные параметры скрепления по прочности и долговечности.

Основным выводом, сделанным на основе этих испытаний, явилось то, что виброзащитное скрепление при небольших собственных габаритах способно существенно снижать уровень вибраций, передаваемых от рельса на шпалу, что прежде считалось недостижимым.

Для подтверждения возможности эксплуатации виброзащитного скрепления в условиях Московского метрополитена был проведен цикл стендовых испытаний.

Рис 7 Внешний вид узла скрепления при установке на испытательный стенд под углом 30±2 О

 

Поскольку результаты стендовых испытаний подтвердили расчетные параметры новых виброзащитных скреплений как в области эффективности, так и в области прочности и долговечности, было принято решение о создании опытного участка на одной из соединительных веток Московского метрополитена для проведения натурных испытаний с целью проверки работоспособности и эффективности виброзащитного скрепления перед установкой на главных путях Метрополитена. Для повышения достоверности были осуществлены две серии измерений виброэффективности с использованием различного оборудования и привлечением специалистов различных организаций. Так же была проведена серия испытаний с целью проверки функциональных параметров пути. Эффективность виброизоляции пути с рельсовыми виброзащитными рельсовыми скреплениями, оцененная по результирующей колебаний лотковой части тоннеля, составила:

в октаве 8 Гц – 16-17 дБ; в октаве 16 Гц – 9-10 дБ; в октаве 31,5 Гц – 10 дБ; в октаве 63 Гц – 13 дБ.

Таким образом, измерения показали высокую эффективность виброзащитной конструкции, созданной на основании новых принципов. Подобная эффективность в частоте 8 Гц не фиксировалась никогда ранее на каких либо конструкциях, применявшихся на советских и Российских метрополитенах.

Рис 8 Схема работы классической конструкции скреплений

 

 

Рис 9 Схема работы новой конструкции скреплений

 

 

 

В настоящее время в Метрополитенах Москвы и ряда других городов используются следующие крепления:

Рис 10, 11

В Московском метрополитене проводится большая работа по переходу на новые крепления. Они установлены сегодня на многих перегонах. Скрепления начали применяться и в Европе (торговая марка Cradle)

Важной задачей внедрения новых систем крепления явилась защита особо ценных объектов культуры, таких как музей им А.С.Пушкина, от воздействия на них колебаний, производимых составами метро.

 

Рис 12, 13

Скрепление ВГС 2 установлено на Сокольнической линии Московского метрополитена для защиты ГМИИ им. А.С. Пушкина и Картинной галереи А.Шилова. Обеспечило снижение вибраций на 8- 13 дБ в частотах 31,5 и 63 Гц. Вибрации в залах музеев приведены в соответствие санитарным нормам. Работы по установке 1250 штук виброгасящих скреплений заняли около 1 месяца.

Огромная работа была проведена в 2011 году по снижению вибраций вблизи Государственного академического большого театра.

Рис 14

Конструкции пути в тоннелях, проходящих вблизи ГАБТ — деревянные шпалы, уложенные в путевой бетон. Работы по установке 4000 скреплений заняли 2 месяца. Средняя эффективность виброизоляции Подземного репетиционно-концертного зала ГАБТ России по шкале «А» с учётом октав 31,5 и 63 Гц, где был выявлен вибрационный сигнал от поездов метрополитена составила 8,3 дБ.

Рис 15

Уникальность описанных ситуаций состоит в том, что новые скрепления устанавливались на пути в процессе эксплуатации постепенно, работая вместе с рядом находящимися и еще не снятыми старыми скреплениями. Такого результата не может сегодня обеспечить ни одна фирма в мире, кроме нашей. Что касается общего количества установленных качалок разных типов ВГС 2 и ВГС 5 ( на дереве и на композите ) то всего их в Москве установленно около 15 км а по стране еще около 6 км.

Фирма АБВ совершенствует не только скрепления.

Большие работы проводились в области разработки нового материала для шпал метрополитена. В этой области также существуют свои, и очень жесткие противоречия. Так, деревянные шпалы имеют не большой срок службы, а их замена – это очень нелегкое дело для ремонтных служб – теснота в туннеле, невозможность использования массивной техники, необходимость выполнения работ в небольшие ночные интервалы, все это делает деревянные шпалы не очень удобными. Железобетонные шпалы имеют существенно больший ресурс, но для них остро встает вопрос утечек тока. Специально для метрополитена нами был разработан новый полимербетон, обладающий отличными эксплуатационными характеристиками, а самое главное – электросопротивлением, превышающим таковое у железобетонной шпалы, на три порядка.

Эти шпалы сегодня с успехом применяются на ряде перегонов метро в Москве и Санкт Петербурге. Таких шпал без виброгасящих скреплений установлено более 130 км
Мы немало поработали и над совершенствованием процессов ремонта, создав специальные приспособления, клеевые композиции и схемы выполнения работ.

 

Ну и конечно хотелось бы несколько слов хотя бы сказать о новой идее совсем бесшпального пути который укладывается на точно уложенный путевой бетон. Это значительное приближение к идеальной схеме конструкции верхнего строения пути. Считаю, что после внедрения этой конструкции, в области совершенствования метрополитеновского пути больше на ближайшие годы делать нечего. Именно для такого перспективного пути и была создана «качалка» ВГС 10. Это очень интересная технология, когда бетоноукладчик со скользящей опалубкой идет по тоннелю и со скоростью 2 м в минуту оставляет точный профиль бетонного основания, к которому уже потом присверливаются скрепления, причем конструкция скреплений и профиля сделаны так, что они обеспечивают точную установку скрепления и в плане и в профиле. На это есть наш довольно свежий патент. Проведенные эксперименты показывают, что сегодня вполне по силам обеспечить укладку бетона с буквально с микронной точностью. В настоящее время идут переговоры о создании Европейскими фирмами подобного бетоноукладчика.

Это новшество переворачивает всю технологию и позволяет ускорить сооружение пути как минимум в 4 раза при сокращении трудозатрат в 3 раза. Сейчас мы пытаемся внедрить это в Омске и Москве, весьма активно идет обсуждение возможностей создания такого пути в Екатеринбурге.
 

 

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Комментарии

Re: Разработка и внедрение новой конструкции скреплений пути ...

Изображение пользователя Фил.

Наумов Б. wrote:

Проблема вибраций генерируемых поездами метрополитена и передающейся на вышерасположенные здания возникла одновременно с созданием самого метрополитена и обостряется с каждым годом вместе с ростом интенсивности движения поездов подземки. Это новшество переворачивает всю технологию и позволяет ускорить сооружение пути как минимум в 4 раза при сокращении трудозатрат в 3 раза. Сейчас мы пытаемся внедрить это в Омске и Москве, весьма активно идет обсуждение возможностей создания такого пути в Екатеринбурге.

Старьё  можно модернизировать бесконечно, однако, это не ТРИЗовский подход и к экономическому выигрышу не приводит. Законы развития требуют перехода с макро на микроуровень.

http://www.altshuller.ru/triz/zrts1.asp

Поезда метро должны иметь не механическую, а магнитную подвеску. Тогда вибрации вообще не будет.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BB%D0%B5%D0%B2

Нельзя любить практику прежде теории. Мне так кажется.

Re: Разработка и внедрение новой конструкции скреплений пути ...

Б. В. Наумов ярко показал, что специалист, владеющий методологией и обладающий целеустремленностью, способен успешно осваивать чуждую ему по инженерному образованию сферу.

Что касается замечания Фила, что совершенствуют старье, то надо иметь в виду, что магнитный подвес - это другой принцип обеспечения движения. Его для метрополитенов еще надо разработать и доказать перспективность. Отсюда и необходимость совершенствовать пока существующий принцип - рельсовую конструкцию.

С искренним  пожеланием всем читателям столь же высокой успешности. А.Гасанов 

Re: Разработка и внедрение новой конструкции скреплений пути ...

Изображение пользователя Фил.

Гасанов wrote:

Б. В. Наумов ярко показал, что специалист, владеющий методологией и обладающий целеустремленностью, способен успешно осваивать чуждую ему по инженерному образованию сферу.

Что касается замечания Фила, что совершенствуют старье, то надо иметь в виду, что магнитный подвес - это другой принцип обеспечения движения. Его для метрополитенов еще надо разработать и доказать перспективность. Отсюда и необходимость совершенствовать пока существующий принцип - рельсовую конструкцию.

С искренним  пожеланием всем читателям столь же высокой успешности. А.Гасанов 

"Шанхай

Неудача с первой маглев-дорогой в Берлине не отпугнула немецкую компанию Transrapid — дочернее предприятие Siemens AG и ThyssenKrupp — от продолжения исследований, и позже компания получила заказ от китайского правительства на строительство высокоскоростной (450 км/ч) маглев-трассы от шанхайского аэропорта Пудун до Шанхая. Дорога открыта в 2002 году, её длина составляет 30 км. В будущем её планируется продлить на другой конец города до старого аэропорта Хунцяо и далее на юго-запад до города Ханчжоу, после чего её общая длина должна составить 175 км."

http://www.electrik.info/main/fakty/63-vse-samoe-interesnoe-o-poezdakh-na.html

Там же:

"Япония

В Японии испытывается дорога в окрестностях префектуры Яманаси по технологии JR-Maglev. Скорость, достигнутая в процессе испытаний MLX01-901 с пассажирами 2 декабря 2003, составила 581 км/ч.

Там же, в Японии, к открытию выставки Expo 2005 в марте 2005 введена в коммерческую эксплуатацию новая трасса. 9-километровая линия Линимо (Нагоя) состоит из 9 станций. Минимальный радиус — 75 м, максимальный уклон — 6 %. Линейный двигатель позволяет поезду разгоняться до 100 км/ч за считанные секунды. Линия обслуживает территорию, прилегающую к месту проведения выставки, университету префектуры Айти, а также некоторые районы Нагакутэ. Поезда изготовлены компанией Chubu HSST Development Corp".

 

А наши генералы готовятся к прошедшим войнам. И это Вы называете владением методологией? Методология - наука о правильных путях. Мне так кажется.

 

Re: Разработка и внедрение новой конструкции скреплений пути ...

Еще осталось сравнить затраты на переоборудование имеющейся линии и на строительство новой линии вместо нее, с прокладкой альтернативного тоннеля на глубине 100 метров. И тогда законы развития будут таки рулить, а скорость поездов метрополитена на кольцевой линии сравняется со скоростью реактивного самолета. Жаль - останавливаться так часто, как нужно пассажирам, он не сможет. Но - какие мелочи эти капризные пассажиры в сравнении с законами развития!

Subscribe to Comments for "Разработка и внедрение новой конструкции скреплений пути метрополитена"