СКОРОСТНАЯ ЖЕЛЕЗНАЯ ДОРОГА И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ (ВАРИАНТЫ)
HIGH-SPEED RAILROAD AND METHOD OF ITS OPERATION (VERSIONS)

Изобретение относится к устройству железнодорожного пути и может быть использовано при строительстве и ремонте содержащих повороты железнодорожных и трамвайных путей, метрополитена, аттракционов типа «Американские горки» и «Детская железная дорога», детских игрушек. Известна железная дорога, содержащая две направляющие рельсовые колеи, образованные состыкованными с зазором рельсами, торцы которых на каждой колее параллельны друг другу и выполнены во взаимопересекающихся плоскостях с торцами рельсов другой колеи, при этом углы, образованные осевой линией пути и ее проекцией на плоскость, в которой выполнены торцы рельсов одной колеи, не равны углам, образованным осевой линией пути и ее проекцией на плоскость, в которой выполнены торцы рельсов другой колеи (заявка на изобретение РФ №2007133349 от 05.09.2007 г.).
Однако известная железная дорога не учитывает влияние смещения центра тяжести транспортного средства при движении на поворотах, что приводит к созданию аварийных ситуаций, сокращению сроков эксплуатации железнодорожного пути и подвижного состава, вредному шумовому воздействию на окружающую среду.
Указанная железная дорога является ближайшим аналогом предлагаемого изобретения.
Технический результат изобретения заключается в повышении скорости и безопасности движения, увеличении сроков эксплуатации железной дороги, подвижного железнодорожного состава, трамваев, вагонов метро, аттракционов, снижении энергозатрат и шумового воздействия на окружающую среду, а также позволяет уменьшать радиус закругления на поворотах при прокладке железных дорог при сохранении скорости движения транспортных средств.
Технический результат достигается за счет того, что железная дорога, содержащая две направляющие колеи, образованные состыкованными с зазором рельсами, содержит, по меньшей мере, один участок, осевая линия которого является отрезком плавной кривой, при этом углы, образованные касательной к осевой линии в точке ее пересечения с плоскостью, в которой выполнены торцы рельсов внешней направляющей колеи, и ее проекцией на плоскость, меньше углов, образованных касательной к осевой линии в точке ее пересечения с плоскостью, в которой выполнены торцы рельсов внутренней направляющей колеи, и ее проекцией на указанную плоскость.
На чертеже показан участок железной дороги, вид сверху.
Железная дорога содержит направляющие рельсовые колеи (далее колеи) 1 и 2, образованные рельсами, состыкованными с зазорами 3 и 4.
Торцы рельсов 1 и 2, расстояние между которыми образует соответственно зазоры 3 и 4, находятся во взаимопересекающихся плоскостях m и n.
Осевая линия 5 участка железной дороги является дугой окружности.
Касательная 6 к осевой линии 5 в точке А ее пересечения с плоскостью m, в которой выполнены торцы рельсов внешней колеи 1, и ее проекция на плоскость m образуют угол α с вершиной А.
Касательная 7 к осевой линии 5 в точке В ее пересечения с плоскостью n, в которой выполнены торцы рельсов внутренней колеи 2, с плоскостью n (в общем случае, с проекцией касательной 7 на плоскость n) образуют прямой угол β.
Очевидно, что чем меньше угол α, транспортным средством осуществляется более плавный наезд на торец принимающего рельса колеи 1. При этом уменьшаются энергозатраты на перемещение транспортных средств, так как снижаются ударные разрушающие нагрузки на торец последующего рельса со стороны колес транспортного средства и шумовое воздействие на окружающую среду (в том числе и на пассажиров), увеличивается срок службы как железной дороги, так и перемещающихся по ней транспортных средств, увеличивается безопасность движения.
При величине угла β, равной /2, нагрузки на торцы рельсов внутренней колеи будут наибольшими. Однако указанные нагрузки можно уменьшить путем перемещения центра тяжести транспортного средства в сторону внешней колеи.
Железная дорога эксплуатируется следующим способом.
Движение транспортных средств по железной дороге осуществляется на поворотах с максимальной скоростью. Это становится возможным в связи с тем, что в области стыков на торцы рельсов внешней колеи колесами транспортного средства производится плавный наезд с меньшим разрушающим воздействием. Особенно важно это при смещении центра тяжести транспортного средства в сторону внешней колеи, вызываемом центробежными силами при высоких скоростях движения по железной дороге, когда снижаются нагрузки на рельсы внутренней колеи и увеличиваются нагрузки на рельсы внешней колеи. В результате не только уменьшается разрушающее действие на рельсы внутренней колеи со стороны колес транспортного средства, но и стук колес в области стыков становится тише. В то же время возрастающие на внешнюю колею нагрузки не приводят к разрушающим ударам, а компенсируются в области стыков скосом торцов рельсов.
Появляется возможность выбирать высокоскоростной режим движения транспортного средства, при котором нагрузки, действующие на торцы рельсов, область которых является наиболее слабым местом колеи, соответствующим образом распределяются по рельсам внутренней и внешней колеи. Кроме этого, при прокладке железной дороги с поворотом, можно уменьшать радиус закругления железной дороги, уменьшая угол α, не снижая при этом скорости движения по железной дороге транспортных средств и не увеличивая ударных нагрузок в области стыка рельсов.
Таким образом, появляется возможность применять способ эксплуатации железной дороги, включающий движение по ней транспортных средств со скоростью, при которой смещение центра тяжести транспортного средства происходит в сторону внешней направляющей колеи. Устанавливая максимальное по условиям техники безопасности смещение центра тяжести транспортного средства в сторону внешней колеи, можно добиваться оптимального режима движения по предложенной железной дороге, движения с наибольшей скоростью и минимальными энергозатратами.
Предлагаемая железная дорога позволяет осуществлять безопасное движение транспортных средств с высокой скоростью. Смещение центра тяжести транспортного средства при высоких скоростях движения в сторону внешней колеи 1 увеличивает нагрузки на рельсы колеи 1 и снижает нагрузки на рельсы колеи 2. При этом уменьшается сила удара колес транспортных средств о торцы принимающих рельсов колеи 2, что увеличивает срок эксплуатации железной дороги и транспортных средств, снижает шумовое воздействие на окружающую среду и энергозатраты, как минимум, на удар о кромку принимающего рельса колеи 2 и его разрушение, производство шума.
Увеличение нагрузки на рельсы колеи 1 компенсируется конструктивным исполнением (увеличением угла α) торцов рельсов.
Предлагаются исполнения железной дороги, в которых:
- осевая линия участка железной дороги в виде плавной кривой представляет собой дугу окружности;
- торцы рельсов внутренней направляющей колеи выполнены в плоскости поперечного сечения рельсов.
Способ эксплуатации железной дороги, включающий движение по ней транспортных средств, заключается в том, что движение транспортных средств осуществляют по железной дороге по любому из вышеназванных исполнений, в том числе с оптимальной скоростью.
Предлагаемые железная дорога и способ ее эксплуатации промышленно применимы, обладают новизной, для среднего специалиста явными не являются.