658
.pdfдут приведены тягово-эксплуатационные характеристики проектного электропоезда, который в пособии [4] назван ВСМ350.
Конструкционная скорость электропоезда 350 км/ч. Электрооборудование рассчитано на использование двух систем тока: переменного (25 кВ, 50 Гц), при котором обеспечивается максимальная скорость 300 км/ч, и постоянного (3 кВ), при котором максимальная скорость установлена 200 км/ч.
Основной вариант составности: 2Т + 12П + 2Т, где Т – тяговая единица – моторный вагон (электровоз) без мест для пассажиров, П – прицепной вагон.
Нагрузка от колесной пары локомотива на рельсы – 180 кН. Масса моторного вагона – 72 т.
Нагрузка от колесной пары прицепного вагона на рельсы –
134кН.
Масса брутто прицепного вагона – 53,6 т (в том числе пасса-
жиры из расчета 100 кг на одного пассажира с багажом). Масса брутто поезда – 930 т.
Длина поезда – 406 м.
Число пассажирских мест в поезде – 900.
Длительная мощность синхронного тягового электродвигателя на валу – 1100 кВт.
Удельная мощность электропоезда – 18,9 кВт/т.
В табл. 12 приведены значения максимальной касательной силы тяги электропоезда ВСМ350 применительно к указанной составности. В тяговых расчетах для обеспечения резерва в тяго- во-эксплуатационных показателях максимальную силу тяги целесообразно уменьшать на 12,5 %, что соответствует аварийному отключению двух из 16 тяговых электродвигателей.
Основное удельное сопротивление движению (Н/кН) рекомендуется определять по формулам:
в тяговом режиме
w0 = 1,0 + 0,01V + 0,000134(V + 15)2; |
(13) |
в режиме холостого хода |
|
wx = 1,07 + 0,014V + 0,000134(V + 15)2. |
(14) |
В прил. Д на рис. Д1 приведена тяговая характеристика высокоскоростного поезда «Аллегро», курсирующего между СанктПетербуром и Хельсинки. На графиках показаны тяговые усилия,
64
развиваемые одним из локомотивов (в голове или хвосте поезда). Полное тяговое усилие можно получить, удвоив снятые с графика значения силы тяги.
|
|
|
|
|
|
Таблица 12 |
|
Тяговая характеристика электропоезда ВСМ350 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Касательная сила тяги |
|
Касательная сила тяги |
||
Скорость |
Fк, кН |
Скорость |
Fк, кН |
|||
V, км/ч |
|
при пере- |
при посто- |
V, км/ч |
при пере- |
при посто- |
|
|
менном |
|
менном |
||
|
|
янном токе |
|
янном токе |
||
|
|
токе |
|
токе |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
486 |
376 |
200 |
244 |
244 |
50 |
|
486 |
– |
210 |
235 |
– |
60 |
|
458 |
– |
220 |
226 |
– |
70 |
|
429 |
– |
230 |
221 |
– |
80 |
|
400 |
– |
240 |
216 |
– |
90 |
|
381 |
– |
250 |
208 |
– |
95 |
|
– |
376 |
260 |
200 |
– |
100 |
|
362 |
– |
270 |
194 |
– |
110 |
|
345 |
– |
280 |
189 |
– |
120 |
|
328 |
328 |
290 |
186 |
– |
130 |
|
314 |
314 |
300 |
182 |
– |
140 |
|
301 |
301 |
310 |
178 |
– |
150 |
|
290 |
290 |
315 |
176 |
– |
160 |
|
280 |
280 |
320 |
167 |
– |
170 |
|
270 |
270 |
330 |
150 |
– |
180 |
|
260 |
260 |
340 |
134 |
– |
190 |
|
252 |
252 |
350 |
118 |
– |
13.2. Токовая характеристика высокоскоростного электропоезда
Токовые характеристики высокоскоростного поезда ВСМ350 не опубликованы, поэтому в табл. 13 приведены значения полного тока международного высокоскоростного электропоезда (МВЭ) для намечаемой в перспективе высокоскоростной магистрали Восток – Запад по маршруту Москва – Брест – Варшава – Берлин – Париж.
65
Технические и энергетические параметры электропоезда МВЭ сходны с параметрами электропоезда ВСМ350: составность – 2 или 4 локомотива, число промежуточных вагонов 12, напряжение переменного тока 25 (15) кВ, частота 50 (16,7) Гц, напряжение постоянного тока 3 (1,5) кВ.
Примечание. В скобках указаны параметры для западноевропейских участков высокоскоростной железнодорожной сети.
13.3. Тормозные силы высокоскоростного электропоезда
Электропоезд ВСМ350 предусмотрено оборудовать тремя видами тормозов: дисковым, вихретоковым и электрическим.
Дисковые тормоза создают тормозную силу при прижатии тормозных накладок к дискам, установленным на каждой оси тележек моторных и прицепных вагонов. Эти тормоза можно использовать в диапазоне скоростей от 0 до 350 км/ч.
Тормозная сила в линейных вихретоковых тормозах (ЛВТ) создается за счет взаимодействия магнитных полей, которые возникают в катушках тормозного башмака и рельсе при отсутствии физического контакта между ними. Действует в диапазоне скоростей от 70 до 350 км/ч.
Таблица 13
Токовая характеристика высокоскоростного электропоезда МВЭ
|
Полный ток из сети для двух локомотивов, ампер |
||
Скорость V, км/ч |
|
|
|
при переменном токе |
при постоянном токе |
||
|
|||
|
25 кВ, 50 Гц |
3 кВ |
|
|
|
|
|
0 |
40 |
200 |
|
78 |
– |
1860 |
|
147 |
368 |
– |
|
160 |
368 |
1860 |
|
200 |
368 |
1860 |
|
220 |
– |
1860 |
|
240 |
368 |
– |
|
280 |
368 |
– |
|
300 |
368 |
– |
66
Вэлектрических (электродинамических) тормозах тормозная сила создается при переключении электродвигателей в генераторный режим. Такие тормоза недостаточно эффективны из-за сравнительно небольшого количества двигателей в поезде и слабой тормозной силы при низких скоростях (менее 50 км/ч).
Всвязи с низкой эффективностью электрических тормозов при производстве тяговых расчетов следует учитывать тормозную силу, создаваемую дисковыми и линейно-вихревыми тормозами.
Тормозная сила от действия дисковых тормозов (в кН) при условии максимального использования сцепления колес с рельсами определяется по формуле
B BTnT BÏ nÏ |
, |
(15) |
ä ä â ä â |
|
|
где BäT и BäÏ – полная тормозная сила, создаваемая дисковым тормозом одного, соответственно, моторного и прицепного вагона; nâT и nâÏ – число соответствующих вагонов в составе поезда
(nT = 4, |
nÏ |
= 12). |
â |
â |
|
Тормозная сила одного вагона
BT (или BÏ ) = 4qψ, |
(16) |
|
ä |
ä |
|
где q – нагрузка от колесной пары на рельсы (кН) для соответствующего типа вагона (qТ = 180 кН, qП = 134 кН); ψ – коэффициент сцепления колес с рельсами; 4 – число осей в вагоне.
Коэффициент сцепления может быть определен по формуле
q 100
0,21 V 200 g , (17) 3V 200 4q 100
где V – скорость поезда, км/ч.
Тормозная сила поезда (кН) от действия линейного вихретокового тормоза определяется по формуле
Влвт = 4(nT + nÏ |
) Bá |
, |
(18) |
â â |
ëâò |
|
|
где Bëâòá – полная тормозная сила, создаваемая одним башмаком
линейного вихретокового тормоза; 4 – число башмаков ЛВТ на одном вагоне.
67
Суммарная тормозная сила поезда от совместного применения дискового и вихретокового тормоза
Вт = Вд + Влвт. |
(19) |
Величины тормозных сил, определенные по формулам (15), (17) и (19), представлены в табл. 14.
При остановках на станциях, предусмотренных графиком движения поездов, тормозную силу следует принимать равной 0,6 ее расчетного значения. При регулировочном служебном торможении тормозная сила принимается равной 0,8Вт.
В случае обрыва контактного провода питание линейновихревых тормозов предусмотрено от аккумуляторных батарей вагонов. В этом случае напряжение питания составляет около 60 % от номинального. Поэтому при экстренном торможении суммарную тормозную силу следует определять по формуле
|
|
|
Вт = Вд + 0,6Влвт. |
|
(20) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 14 |
|
Тормозная сила высокоскоростного электропоезда ВСМ350 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скорость |
|
Тормозная сила, кН, от действия |
|
Суммарная |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
электро- |
дискового тормоза |
линейного вихре- |
тормозная |
||||||
поезда |
токового тормоза |
сила, кН, |
|||||||
|
|
|
|
||||||
V, км/ч |
|
|
|
|
|
|
|
Вт = Вд +Влвт |
|
BT |
|
BÏ |
Вд |
Bá |
|
Влвт |
|||
|
ä |
|
ä |
|
ëâò |
|
|
|
|
0 |
101,71 |
|
81,50 |
1385 |
– |
|
– |
1385 |
|
10 |
92,53 |
|
74,67 |
1266 |
– |
|
– |
1266 |
|
20 |
86,17 |
|
68,88 |
1171 |
– |
|
– |
1171 |
|
30 |
80,52 |
|
64,88 |
1098 |
– |
|
– |
1098 |
|
40 |
76,28 |
|
61,00 |
1037 |
– |
|
– |
1037 |
|
50 |
72,75 |
|
58,38 |
991 |
– |
|
– |
991 |
|
60 |
69,22 |
|
55,74 |
946 |
– |
|
– |
946 |
|
70 |
67,10 |
|
53,63 |
912 |
9,23 |
|
591 |
1503 |
|
80 |
64,98 |
|
52,06 |
885 |
9,17 |
|
587 |
1472 |
|
90 |
62,86 |
|
50,48 |
857 |
8,95 |
|
573 |
1430 |
|
100 |
60,74 |
|
48,90 |
830 |
8,84 |
|
566 |
1396 |
|
110 |
59,33 |
|
47,85 |
811 |
8,73 |
|
559 |
1370 |
|
120 |
57,92 |
|
46,80 |
793 |
8,51 |
|
545 |
1338 |
|
130 |
56,51 |
|
54,75 |
775 |
8,40 |
|
538 |
1313 |
68
Окончание табл. 14
Скорость |
|
Тормозная сила, кН, от действия |
|
Суммарная |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
электро- |
дискового тормоза |
линейного вихре- |
тормозная |
||||||
поезда |
токового тормоза |
сила, кН, |
|||||||
|
|
|
|
||||||
V, км/ч |
|
|
|
|
|
|
|
Вт = Вд +Влвт |
|
BT |
|
BÏ |
Вд |
Bá |
|
Влвт |
|||
|
ä |
|
ä |
|
ëâò |
|
|
|
|
140 |
55,80 |
|
44,69 |
759 |
8,29 |
|
531 |
1290 |
|
150 |
54,39 |
|
43,64 |
741 |
8,07 |
|
517 |
1258 |
|
160 |
53,68 |
|
43,12 |
732 |
7,96 |
|
510 |
1242 |
|
170 |
52,97 |
|
42,59 |
723 |
7,86 |
|
503 |
1226 |
|
180 |
52,27 |
|
42,07 |
714 |
7,75 |
|
496 |
1210 |
|
190 |
51,56 |
|
41,01 |
698 |
7,64 |
|
489 |
1187 |
|
200 |
50,86 |
|
40,75 |
692 |
7,53 |
|
482 |
1174 |
|
210 |
50,15 |
|
40,28 |
684 |
7,42 |
|
475 |
1159 |
|
220 |
49,44 |
|
39,75 |
675 |
7,37 |
|
471 |
1146 |
|
230 |
49,16 |
|
39,38 |
669 |
7,31 |
|
468 |
1137 |
|
240 |
48,74 |
|
38,96 |
662 |
7,31 |
|
468 |
1130 |
|
250 |
48,03 |
|
38,65 |
656 |
7,26 |
|
464 |
1120 |
|
260 |
47,68 |
|
38,23 |
649 |
7,09 |
|
454 |
1103 |
|
270 |
47,32 |
|
37,91 |
644 |
7,08 |
|
453 |
1097 |
|
280 |
46,97 |
|
37,65 |
640 |
7,04 |
|
450 |
1090 |
|
290 |
46,62 |
|
37,33 |
634 |
7,04 |
|
450 |
1084 |
|
300 |
46,26 |
|
37,07 |
630 |
7,03 |
|
450 |
1080 |
|
310 |
45,91 |
|
36,75 |
625 |
6,98 |
|
447 |
1072 |
|
320 |
45,56 |
|
36,49 |
620 |
6,97 |
|
446 |
1066 |
|
330 |
45,21 |
|
36,28 |
616 |
6,95 |
|
445 |
1061 |
|
340 |
45,06 |
|
36,12 |
614 |
6,94 |
|
444 |
1058 |
|
350 |
44,50 |
|
35,86 |
608 |
6,93 |
|
443 |
1051 |
В прил. Д на рис. Д2 приведена тормозная характеристика высокоскоростного поезда Velaro-RUS («Сапсан») при реостатном торможении, а на рис. Д3 – при рекуперативном торможении.
13.4. Ограничения скоростей движения высокоскоростных электропоездов
Для высокоскоростной магистрали Москва – Санкт-Петер- бург проектируется электропоезд на два рода тока с демонстрационной скоростью 400 км/ч, конструкционной скоростью
69
360 км/ч и максимальной скоростью в эксплуатации 350 км/ч. На участках линии, электрифицированных на постоянном токе, максимальная скорость движения электропоезда 250 км/ч.
Ограничение скорости может быть в кривых радиусом менее 7000 м при реализации эксплуатационной скорости 350 км/ч (см. табл. 1).
Другим фактором, ограничивающим максимальную скорость, может быть ограничение по тормозам на затяжных спусках. В [4] даются следующие ограничения максимальной скорости электропоездов в зависимости от крутизны спусков при расчетной длине тормозного пути 3800 м (табл. 15):
Таблица 15
Зависимость максимальной скорости электропоезда от крутизны спуска
ic, ‰ |
9 |
12 |
15 |
18 |
20 |
24 |
28 |
32 |
35 |
Vmax, км/ч |
300 |
295 |
291 |
287 |
284 |
278 |
272 |
266 |
262 |
В Технических требованиях для ВСМ [25] не установлена расчетная длина тормозного пути высокоскоростных электропоездов. Исследованиями МИИТа [26] установлено, что при интервале попутного следования высокоскоростных поездов более 4 мин расстояние между ними будет более двух длин пути экстренного торможения при следовании с максимальной скоростью 300 км/ч даже на спусках до 35 ‰. В Технических требованиях для ВСМ интервал попутного следования установлен 10 мин, а это означает, что расстояние между поездами в попутном следовании будет намного больше длины тормозного пути при том, что максимальный уклон на ВСМ «Москва – Санкт-Петербург» установлен 24 ‰.
Вопросы для самопроверки
1.Каковы тягово-эксплуатационные характеристики электропоезда ВСМ350?
2.Какое тормозное оборудование имеет электропоезд ВСМ350?
3.За счет чего создается тормозное усилие дисковыми тормозами?
4.За счет чего создается тормозная сила в линейных вихретоковых тормозах (ЛВТ)?
5.По каким факторам возможно ограничение скорости движения высокоскоростных поездов?
70
14. ОЦЕНКА СТРОИТЕЛЬНОЙ СТОИМОСТИ ВАРИАНТОВ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ МАГИСТРАЛИ
Структура строительных затрат
Структуру строительных затрат при проектировании ВСМ можно принять такой же, как при проектировании магистральных линий, но с обязательным учетом стоимости отчуждаемых земель. Для ВСМ последний фактор имеет особое значение, поскольку они трассируются, как правило, в районах с высокой плотностью населения и, соответственно, высокой степенью освоенности земель.
Подсчет строительной стоимости целесообразно оформить в виде таблицы, в которой отражены все составляющие строительных затрат (табл. 16).
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 16 |
|
Определение строительной стоимости участка ВСМ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
|
|
|
|
|
|
|
главы |
Наименование ви- |
Измери- |
Количество из- |
Единичная |
Стоимость, |
||
сводной |
дов работ и затрат |
тель |
мерителей |
стоимость |
млн р. |
||
сметы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
|
А. Объекты производственного назначения |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
1 |
Подготовка терри- |
|
длина |
0,4 |
|
||
|
тории |
|
строитель- |
км |
гр. 4 × гр. 5 |
||
|
|
трассы |
млн р./км |
||||
|
ства |
|
|
|
|
|
|
2 |
Земляное полотно: |
м3 |
|
4* р./м3 |
|
||
|
– |
дренирующие |
объем защитно- |
то же |
|||
|
грунты |
|
м3 |
го слоя |
2,5 р./м3 |
|
|
|
– недренирующие |
объем недрени- |
то же |
||||
|
грунты |
|
|
рующего грунта |
|
|
|
3 |
Искусственные со- |
|
|
|
|
||
|
ору-жения: |
|
|
206** |
|
||
|
– трубы КЖБТ |
п.м. |
в соответствии с |
то же |
|||
|
отв. 1,5 м |
|
высотой |
р./п.м |
|
||
|
|
|
|
|
насыпи |
|
|
|
– трубы ПЖБТ |
п.м. |
то же |
320 р./п.м |
то же |
||
|
отв. 1,5 м |
|
|
|
|
||
4 |
Верхнее |
строение |
км |
длина |
0,5 |
то же |
|
|
пути |
|
|
|
трассы |
млн р./км |
|
|
|
|
|
|
|
|
71 |
Окончание табл. 16
Номер главы Наименование видов ИзмериКоличество Единичная Стоимость,
сводной работ и затрат тель измерителей стоимость млн р. сметы
1 |
|
2 |
|
|
3 |
4 |
5 |
6 |
5 |
Устройства |
связи |
и |
км |
то же |
0,24 |
то же |
|
|
СЦБ |
|
|
|
|
|
млн р./км |
|
6 |
Здания и сооружения |
км |
то же |
0,12 |
то же |
|||
|
производственные |
и |
|
|
млн р./км |
|
||
|
служебные |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
Энергетическое |
хо- |
км |
то же |
0,20 |
то же |
||
|
зяйство |
|
|
|
|
|
млн р./км |
|
8 |
Водоснабжение, |
ка- |
км |
то же |
0,05 |
то же |
||
|
нализация, |
теплофи- |
|
|
млн р./км |
|
||
|
кация, газоснабжение |
|
|
|
|
|||
9 |
Эксплуатационный |
км |
то же |
0,02 |
то же |
|||
|
инвентарь и |
инстру- |
|
|
млн р./км |
|
||
|
мент |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
Временные здания и |
км |
то же |
3,7 % |
то же |
|||
|
сооружения |
|
|
|
|
от суммы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
глав 1–7 |
|
11 |
Прочие работы и за- |
км |
то же |
0,03 |
то же |
|||
|
траты |
|
|
|
|
|
млн р./км |
|
12 |
Содержание |
дирек- |
км |
то же |
0,42 % от |
то же |
||
|
ции |
(технический |
|
|
суммы |
|
||
|
надзор) |
|
|
|
|
|
глав 1–11 |
|
13 |
Проектные и изыска- |
км |
то же |
0,05 |
то же |
|||
|
тельские работы, ав- |
|
|
млн р./км |
|
|||
|
торский надзор, экс- |
|
|
|
|
|||
|
пертиза |
|
|
|
|
|
|
|
14 |
Непредвиденные |
ра- |
км |
то же |
3 % от |
то же |
||
|
боты и затраты |
|
|
|
суммы |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
глав 1–13 |
|
|
Б. Объекты жилищно-гражданского строительства |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объекты |
|
|
км |
то же |
0,28 |
то же |
|
|
|
|
|
|
|
|
млн р./км |
|
* единичная стоимость земляных работ принята для условий юга ЗападноСибирского региона по проектным проработкам ОАО «Сибгипротранс» 2007 г.
** стоимость одного погонного метра водопропускных труб принята по проектным проработкам ОАО «Сибгипротранс».
72
Затраты на устройство раздельных пунктов можно определить через удельные затраты по этой статье, которые в [4] рекомендованы в размере 0,37 млн р. на 1 км длины трассы (в ценах
1984 г.).
Затраты на устройство средних и больших мостов, путепроводов и тоннелей можно найти в прил. Н пособия [23].
Стоимость отчуждаемых земель определяется через стоимость единицы площади в пределах полосы отвода. Единичная стоимость зависит от типа почв, затрат на освоение новых земель взамен изымаемых и региона, где проектируется высокоскоростная магистраль. Общая стоимость отчуждаемых земель Коз, млн р., определяется по формуле
n |
|
Ê Fiaií ç , |
(21) |
i 1
где Fi – площадь изымаемых угодий i-го вида (пашня, многолетние насаждения, приусадебные участки, сенокосы, пастбища), га; аоз – стоимость освоения 1 га земли соответствующего вида, млн р.
В табл. 17 приведены ориентировочные оценки стоимости освоения 1 га новых земель в некоторых регионах России по дан-
ным [4] и [24].
Таблица 17
Единичные стоимости освоения новых земель
(в ценах 1984 г.)
Регион |
Вид угодий |
|
Единичная стоимость аоз, |
|
|
тыс. р./га |
|||
|
|
|
||
|
|
|
||
Московская |
пашня, многолетние насаж- |
от 32 до 100 |
||
область |
дения, приусадебные участки |
|||
|
||||
|
сенокосы, пастбища |
|
от 6 до 80 |
|
Калининградская, |
пашня, многолетние |
насаж- |
от 38 до 96 |
|
Ленинградская |
дения, приусадебные участки |
|||
|
||||
области |
|
|
|
|
сенокосы, пастбища |
|
от 19 до 77 |
||
Остальные районы |
пашня, многолетние |
насаж- |
от 19 до 41 |
|
Нечерноземья |
дения, приусадебные участки |
|||
|
||||
|
сенокосы, пастбища |
|
от 5 до 33 |
|
Новосибирская |
пашня |
|
36 |
|
область |
|
|
|
|
неудобица |
|
15 |
||
|
|
|
73 |