> Техника, страница 46 > Железные дороги горные

Железные дороги горные

Железные дороги горные, название, обозначающее 1—2 типа дорог: 1) жел. дороги обычного типа, работающие силою сцепления гладких колес с рельсами, но имеющие ряд особенностей в силу условий горной местности, и 2) Специальные ж. д., применяемые исключительно для преодоления крутых подъемов. В Германии для этих двух типов приняты особые наименования: Gebirgsbahnen и Bergbahnen; в русской литературе нет такой терминологии, т. к. дорог второго типа мы почти не имеем. 1) Обычные ж. д. горного типа отличаются от ж. д., проходящих в равнинных местностях, условиями своей трасировки и условиями экспло-атации. Волнистый профиль, вершины и глубокие долины горной местности не дают возможности применять здесь нормальные технич. условия проектирования и требуют допущения крутых уклонов и малых радиусов; предельные уклоны для горных магистралей этого типа доходят до 0,027 (С.-Готард), 0,040 (Денвер—Рио-Гранде, Перу), 0,045 (Канадская Тихоокеанская ж. д.), а для второстепенных дорог при паровой тяге даже до 0,070 на широкой колее и до 0,075 на узкой (Tavaux—Pontsericourt) и при электрической тяге до 0,127 (Лозанна). Предельные радиусы доходят на нормальной колее до 90 метров (Пенсильванская) и на узкой колее— до 18 метров (GuayaquiBQuito). Широкое применение кривых и уклонов на горных участках характеризуется процентным их отношением к общей длине линии; в Швейцарии, наир., уклоны составляли в 1914 году 78%, а кривые 37 % общего протяжения сети (для СССР соответственно—63 и 23%); у нас, например, на горной линии Пермь—Свердловск кри-

вые составляют 45%, а на равнинной—Красный Кут — Астрахань только 5% общего протяжения.

Несмотря на облегчение технич. условий, проведение Ж. д. г. по кратчайшим направлениям крайне затруднительно, и для

С.-Готтардская ж. д.); г) улитки, когда дорога спиральной кривой сходится в точку на вершине (фигура 5, Брокенская я-t. д.). Такое развитие увеличивает длину линии часто в несколько раз против расстояния между теми же конечными точками по прямой линии; так, например, близ Choochillo длина линии вместо 170 метров получилась в 5 км, то есть коэффициент развития составил 29.

В строительном отношении Ж. д. г. ха-рактеризируются большим количеством земляных работ (например на Кругобайкальской дороге местами до 220 000 м³ на 1 км пути),

Фиг. получения задан, уклонов требуется р а в и т и е линии, то есть ее значительное удлинение; для трасировки дорог в горах обычно пользуются речными долинами, дающими минимальный уклон, а если этот уклон более предельного, то для развития линии заходят в соседн. долины (фигура 1, Бреннерская притом в трудн. каменистых участках, разрабатываемых ными работами, многочисленными высокими насыпями и глубокими выемками, большим количеством подпорных стенок как под полотном, так и для поддержки откосов выемок; во многих случаях насыпи приходится заменять виадуками, а выемки коротк. тоннелями (фигура 6, профиль С.-Готтардской ж. д.); например, на Кругобайкальской дороге на протяжении 67 км имеется 38 тоннелей и 47 крытых галлерей. Значительное сокращение линии и уменьшение преодолеваемых высот на перевалах достигается длинными тоннелями (С.-Готтард-ский—15 км, Симплонский—20 км). Наконец, большое внимание необходимо уделять

Фигура з. ж. д.). При очень крутых подъемах применяются специальные приемы: а) обратные тупики или зигзаги (фигура 2, Хинган, Вос-точно-Кит. ж. д.); б) серпентины (петли), одиночные и двойные, открытые или частично скрытые в тоннелях (фигура 3, Альпгрюн, Бернская ж. д.); в) спирали—удлиненные повороты, при которых линия пересекает самое себя, но уже в другом уровне (фигура 4,

предохранению от лавин и камней устройством плетней на вершинах гор, предохранительных заборов и даже закрытых галлерей над путями.

В тяговом отношении горные условия делают более выгодным применение электрич. тяги в виду наличия во многих случаях мощных источников водной энергии (водопады, горн.источники), а при большом протяжении тоннелей — вследствие затруднительности вентиляции их при паровой тяге. При паровой тяге характерным является применение двойной и тройной тяги, подталкивающих паровозов, бустерных паровозов и

Фигура 4.

спец, типов паровозов с большим числом сцепных осей при условии сохранения хорошей поворотливости (сист. Гаррата, Ферли, Маллета и др.). Стремление удешевить постройку приводит к большому применению узкой колеи (Швейцарские дороги от 0,800 до

1,000 м, Darjeeling — Siliguri в Гималаях 0,610 л, Guayaquil—Quito в Экуадоре 1,067 м).

2) Специальные типы. Дороги, работающие силою сцепления колес с рельсами, не применяют уклонов выше 0,080 для паровой и 0,127 для электрической тяги. Теоретически возможный уклон, при коэфф-те сцепления 0,16 для паровой тяги и 0,25 для электрической, составляет 0,160 и 0,250, но т. к. при этих уклонах двигатель уже не может перемещать вагонов, а только удерживает сам себя, то фактические подъемы 0,080 и 0,127, составляющие половину теоретическ., можно считать практи-ческ. пределом. Для достижения больших уклонов приходится

Фигура 5.

вочное сцепление. Такие дороги строились по системе Фелля (горизонтальные колеса нажимались пружинами) или Ганскотта (колеса нажимались пневматич. путем). Предельные уклоны на этих дорогах достигают 0,120. Наиболее известна из них ж. д. на Пюи-де-Дом во Франции, имеющая колей в

1,000 метров и длину в 14,5 км при паровой тяге. Кроме того, имеется еще дорога в Ла-Бур-буль во Франции и несколько дорог в Бразилии, Англии и Новой Зеландии.

Б) Зубчатые ж. д. Движение по зубчатым дорогам осуществляется посредством зацепления зубчатых колес за зубчатую рейку (кремальеру), расположенную по оси пути, примерно в уровне путевых рельсов. Такое устройство дает возможность достигнуть требуемой тяги, не считаясь с величиной сцепления между ведущими колесами и путевыми рельсами, а в зависимости лишь от прочности и правильности зубчатого зацепления. Предельная величина уклона определяется условием, чтобы в наименее выгодных случаях работы зацепления (при торможении во время спуска) зубцы колес не накатывались на зубцы кремальеры и не соскальзывали с них. Все зубчатые ж. д., за немногими исключениями, имеют зацепление зубчатых колес с зубчатой рейкой в вертикальной плоскости. Предельн. уклон для такого рода зубчатых дорог теоретически определяется в 0,500. Практика экеплоата-ции зубчатых дорог, однако, показала, что допустимым уклоном надо считать лишь 0,250—0,300; превышение этого предела нежелательно как в интересах безопасности движения, так и во избежание сокращения пропускной способности. Задача применения более крутых уклонов в технич. отношении была б. или м. удачно разрешена Лохером и Гуйер-Фрейлером, которые заменили вертикальное зацепление зацеплением в плоскости, параллельной полотну. По предложенной ими системе построена дорога на вершину горы Пилат, с уклоном до 0,480. Однако, в виду дороговизны эта система не получила широкого примене

Высота над уровнем моря 5 (в метрах)

Высота наибольших ухлонов Высота наименьших подгемов 10

прибегать к иным уже способам перемещения, при которых сила сцепления имеет второстепенное значение или даже вовсе не используется. Эти специальные типы дорог, или Ж. д. г. в тесном смысле слова, разделяются на следующие виды: А) трехрельсовые,Б) зубчатые и В) с канатной тягой.

А) Трехрельсовые ж. д., кроме двух рельсов обычного типа, имеют еще третий рельс, к-рый обжимается двумя горизонтальными колесами локомотива, дающими доба-

ФИГ. 6.

ния, и можно считать, что уклон 0,300 является для зубчатых дорог максимальным, за пределами ”к-рого более выгодными являются дороги с канатной тягой. На зубчатых ж. д. смешан, типа, то есть состоящих из участков с обыкновенным сцеплением и зубчатым зацеплением, зависимость между величинами предельных уклонов определяется соображениями наилучшего использования силы тяги локомотива на участках того и др. типа.

Ширина колеи зубчатых ж. д. колеблется в пределах 1,435 0,800 метров Наивыгодней

шей шириной колеи для зубчатых дорог (несмешанного типа) считается в настоящее время 1,000 метров Наименьшие радиусы закруглений приняты, как правило, 80—120 м; в трудных условиях допускаются радиусы 60 и даже до 30 λι. Верхнее строение состоит из двух обыкновенных рельсов и кремальеры,

Фигура 7. Фигура 8.

укрепленных на деревянных или металлич. поперечинах, лежащих на мощном балластном слое из гравия или щебня. На крутых уклонах, для обеспечения пути против сползания, шпалы упираются в металлич. сваи, забитые в грунт или забетонированные в бетонные массивы, расположенные через определенные промежутки (на дороге к вершине. горы Риги—через 50 ж). При уклонах, близких к предельному, как, например, на горе Пилат, путь уложен на сплошном бетонном основании и неразрывно связан с ним при помощи анкеров.

Наиболее распространенными типами кремальер являются системы: Риггенбаха, Абта и Штруба.

Кремальера сист. Риггенбаха состоит из 2 швеллеров (фигура 7 и 8), уложен, на расстоянии 100—140 миллиметров один от другого. В стенки швеллеров через каждые 80—110 миллиметров вклепаны в холодном состоянии зубья трапецоидального сечения из литой стали. На смешанных зубчатых ж. д. эта кремальера устраивается более высокого типа (фигура 9), причем стенки в верхней Фигура 9. части несколько развернуты наружу для обеспечения от накатывания на них зубчатых колес. Длина отдельных элементов кремальеры, во избежание чрезмерных зазоров в стыках, не превышает 3—3,5 м, что обеспечивает зазор, не превосходящий 2 миллиметров. Система Риггенбаха была первой, примененной в Европе(1871 г.), и получила наибольшее распространение в Швейцарии.

Кремальера сист. Абта состоит из двух или трех параллельных зубчатых полос А и В (фигура 10), сдвинутых одна относительно другой так, что зубец одной приходится против выемки другой, соответственно чему расположены и зубчатые колеса локомотива, -насаженные на общую ось. Преимущество этой системы состоит в том, что зацепление локомотива производится одновременно не менее чем 2 зубцами, в то время как у Риггенбаха тяговое усилие воспринимается только одним зубцом. При устройстве трех полос число одновременно работающих зубцов не менее трех (фигура 11). Такой результат возможен, однако, только при самой тщательной пригонке частей, которая легко нарушается вследствие износа колес и кремальеры. Для обеспечения одновременной равной работы двух или трех зубцов служит особое пружинное соединение обоих зубчатых колес, автоматически регулирующее взаимн. расположение их зубцов. Зубчатка системы Абта введена была впервые в 1885 году, при постройке дороги на Гарц в Брауншвейге, и с 1890 года получает широкое распространение в разных странах (дорога через Анды длиной 75 км, линия Бейрут—Дамаск длиной 146 км, ипр.).

Кремальера сист. Штруба состоит из фасонного рельса, головка которого имеет зубцы, выпиленные в утолщенной верхней части рельса, дающей вместе с тем возможность надежного торможения посредством особых захватов, обжимающих головку с боков. Значительная прочность зубцов дает возможность установки на локомотив одного ведущего колеса. Это обстоятельство, в свою очередь, позволяет поместить ведущее колесо около ц. т. локомотива, вследствие чего поднятью колеса на кремальере препятствует давление всего паровоза, чего нет в других системах. Кроме того, поднятью локомотива препятствуют вышеупомянутые захваты (фигура 12). К преимуществам этой системы надо отнести также более легкую очистку зубцов от снега и тому подобное.

Из кремальер с зацеплением в плоскости, параллельной полотну, наиболее известна упомянутая система Лохера (фигура 13). На дорогах смешанного типа особого устройства требует кремальера в местах перехода

Фпг. 12.

зубчатого зацепления на обыкновенное. В настоящее время начальное звено кремальеры делается по системе Абта, состоящей в том, что входная зубчатая рейка, которая расположена на рессорах,имеет вначале скошенную часть, зубцы которой расположены на 2 миллиметров ниже, и кроме того, расстояние между зубцами увеличено в начале на 1— 4 миллиметров против нормального для более легкого зацепления зубчатого колеса.

Фигура 10.

Расчетная часть. Специальным расчетам подвергаются зубчатое колесо и зубчатая рейка. Усилие тяги F=1 000 Р sin а + Р cos a w_tu + +

+ 1 000 Q sin а + Q cos a w_e_ +

1000 Qv^s 2gi

где Р—вес паровоза в т, Q—вес вагонов в т, w_n— сопротивление паровоза движению,

w_e— сопротивление вагонов движению, а— угол наклона пути к горизонту, v—скорость движения в м/ск, д—ускорение силы тяжести (9,8 м/ск²), I—длина разгона или замедления в метров.

Нормальное давление на зубец где # — угол между нормалью к плоскости зубца и линией пути. Для того чтобы не было выскакивания зубчатого колеса из зубцов рейки (Auftrieb), необходимо, чтобы минимальная величина нагрузки ведущего колеса р удовлетворяла след, равенству: р cos α= F ctg (/? р ψ),

где β—угол между плоскостью зубца рейки и линией пути, <р—угол трения при смазке; хорошая смазка улучшает условия движения·. Поезд поверяется для крутых уклонов на устойчивость против опрокидывания при спуске путем определения моментов сил относительно нижнего колеса паровоза.

Конструкция локомотивов зависит от того, предназначены ли они для обращения на сплошных зубчатых дорогах или на дорогах смешанного типа. В первом случае локомотивы имеют одно ведущее зубчатое колесо (Риги-Кульм) или две ведущих оси (дороги системы Абта). На дорогах смешанного типа паровозы имеют или два цилиндра, приводящих в движение одновременно. оба ведущих колеса и зубчатое колесо помощью общего шатуна, вследствие чего зубчатое колесо вращается также и на тех участках, где оно не работает, или четыре цилиндра, из которых два приводят в движение ведущие оси, а два других приводят в движение зубчатое колесо, свободно сидящее на одной из осей, ближайшей к ц. т. паровоза. Паровозы последнего типа снабжены еще отдельным зубчатым колесом, насаженным наглухо на переднюю ось и служащим для торможения; на нормальных рельсах работают лишь ведущие оси; при подходе к зубчатке постепенно вводится в действие зуб чатый механизм и, по достижении полного зубчатого зацепления, включается в работу полностью, совместно с ведущими колесами, движущимися по нормальным рельсам.

Электрич. локомотивы обыкновенно имеют две оси с гладкими колесами, между которыми находятся два ведущих зубчатых колеса, приводимых в движение специальными электромоторами. Для правильной работы ведущее зубчатое колесо должен быть достаточно нагружено, во избежание накатывания его на кремальеру или соскальзывания с нее.

В виду больших уклонов зубчатых дорог особое значение приобретает надежность тормозных устройств. Поэтому составы оборудуются несколькими системами тормозов, могущими действовать независимо одна от другой. Наиболее употребительны следующие способы: 1) торможение помощью сжатого воздуха, впускаемого в рабочие цилиндры и действующего как контрпар; 2) непосредственное торможение зубчатых колес локомотива; 3) торможение силою трения колодок, действующих на все колеса состава; 4) автоматич. торможение при увеличении скорости свыше известного предела; 5) торможение захватами, действующими на рельсы; 6) ленточный тормоз, действующий (при помощи пара или вручную) на ведущие оси локомотива; 7) торможение особыми зубчатыми колесами (когда локомотив идет впереди состава). Скорость движения на зубчатых ж. д. 4—12 км/ч; на участках обыкновенного типа—в зависимости от уклона, типа локомотива и расположения его в хвосте или голове поезда— 15—45 км/ч.

Стоимость зубчатых дорог (Швейцарских) колеблется (в довоен. ценах) от 100 000 (Бриенц—Ротгорн) до 500 000 рублей (Юнгфрау) за км, в зависи-Фигура 14. мости от технич. усло вий, гл. обр. от числа тоннелей (61% в Юнгфрау и 9% в Бри-енце). Одно верхнее строение стоит 21 GOO-44 000 р. за км. Смешанные дороги обходятся дешевле— от 56 000 (Бекс — Виллар) до 162 000 руб. (Мартиньи—Шаттелар) за км, при средней стоимости нормальных дорог Швейцарии в 160 000 руб. за км.

В) Железные дороги с канатной тягой (фуникулеры), применяемые для пассажирского, а иногда и для грузового движения, представляют собою уложенный на прочном основании рельсовый путь, по которому подвижной состав поднимается силой тяги, передаваемой при помощи прикрепленного к нему каната. По способу движения они разделяются на дороги: а) с одним вагоном, попеременно поднимающимся и спускающимся на канате, и б) с двумя вагонами, из которых один поднимается, а другой спускается. Первоначально дороги проектировались с одним вагоном однопутные и с двумя двупутные; затем перешли к трехрельсовым, причем средний рельс на протяжении разъезда разделяется на два (фигура 14), и, наконец, к однопутным с автоматич. разъездом

Фигура 15.

посредине. Последний способ является изобретением Абта, который ввел специальные колеса для вагона, а именно: одно гладкое, а другое желобчатое (фигура 15). Один вагон при этом всегда поворачивает на гю —t—гю —

Фигура 16.

одну сторону разъезда, а другой на—другую. Теоретически, при канатной тяге применим любой уклон; практически, предельными уклонами являются 0,640 (Штансенгорн в Швейцарии) и 0,700 (Виргль-Боцен в Австрии), при радиусах до 100 метров и колее в 1,000 метров Канат прикрепляется к вагону и скользит по роликам, расположенным на расстояниях 3,5—20 м, согласно формуле

‘=/ΐ·

где I—расстояние между роликами, /—высота провеса каната между роликами, Н— наименьшее натяжение каната, q—вес 1 п. м каната. Ролики снабжаются деревянными прокладками для уменьшения истирания каната (фигура 16); на кривых ролики имеют специальную форму (фигура 17); диаметр роликов 120—600 миллиметров.

Движение вагону сообщается или силою тяжести воды, наливаемой в резервуар верхнего вагона, или электрич. двигателем, приводящим в движение шкив, через к-рый переброшен канат, или, наконец, водяной турбиной, действующей на приводный механизм. Тяговые канаты, в виду исключительного их значения для безопасности движения, являются наиболее серьезным элементом сооружения. Применяются преимущественно стренговые канаты; для более солидных конструкций рекомендуются гладкие полу-сомкнутые и сомкнутые канаты. Вагоны фуникулеров в виду больш. крутизны имеют характерное устройство со ступенчатыми сиденьями (фигура 18); платформа для посадки также имеет ступенчатую форму. Торможение производится либо помощью зубчатой рейки с зубчатым колесом, расположенными посредине пути, либо специальными захватами, обжимающими путевой рельс (фигура 19).

Расчетная часть. Специальные расчеты производятся для тягового каната (растяжение и изгиб на шкивах). Временное сопротивление каната 150—180 килограмм/мм²; допускаемое—в 6—10 раз меньше. Скорость движения 3,5—7 км/ч-, работа привода рассчитывается по мощности (скорость и натяжение) и колеблется в пределах хода поезда. Для уменьшения этих колебаний линия иногда проектируется в профиле по кривой (циклоиде), уравновешивающей изменяющуюся разницу веса поднимающейся и спускающейся частей каната. Общее уравнение такой циклоиды:

Qi-Ql

^У ~ 4q(K - W)

sin² г,

где Q₁—вес вагона, идущего вниз, Q₂—вес вагона, идущего вверх, q—вес п. м каната, К—сила, действующая на шкив, W—общее

Фигура 18.

сопротивление каната и вагонов от трения, принимаемое в общем как постоянное, τ— уклон в точке (ж, у);

sin α=

к - W Qi — Qi

дн. Q*+Q. ’

sin

К - W дН.

Qz — Qi Qz + Qi’

sin a + sin β =

2 (K-W) Q₂ — Q·

2Я. L ’

где a—угол наклона вверху линии, β—угол наклона внизу линии, Н—разность высот верхней и нижней точек, L—длина линии, измеренная по уклону (не по проекции). Особенно желательна такая проектировка при водяном балласте.

Стоимость фуникулеров, по данным Швейцарских ж. д., колеблется в пределах 88—1 150 тыс. руб. за км по довоенным ценам, при средней стоимости 175 тыс. р., в том числе: устройство линиии зданий—87%, канат и подвижной СОСТаВ—12%,оборудО- Фигура 19.

вание—1%. В СССР

имеются фуникулеры в Киеве, Н.-Новгороде, Тифлисе, Одессе и на Сучанской ветви Уссурийской железной дороги.

Зубчатые ж. д. и фуникулеры имеют большое значение для развития туризма и горных

санаторий. Обычно такие дороги соединяются с постройкой отелей или санаторий на вершинах гор и окупаются лишь этими совместными мероприятиями. Многие дороги поднимаются на снежные вершины, выше глетчеров. В табл, приведены высота подъема и общая высота над уровнем моря, достигнутые наиболее известными из горных железных дорог.

Горные железные дороги.

·	Высота			Общая
Название	над ур. моря,	Система		высота подъ-
	м			ема, м
Пилатус.	2 076			1 636
Юнгфрау.	4 С93		Зубчатые до-	2 029
Пайкс-Пик (Аме-			роги
рика).	4 260			2 245
Векс-Виллар (Швейцария).	1 254		Смешанные дороги	986
Эгль-Лезен. Гора Давида	1 394	i		840
(Тифлис).	732			—
Штансенгорн. Шатцальп.	1 850 1 864		Фуникулеры	1 400 304
Низенбан.	2 335	J		1 642

За последнее время большое распространение среди горных типов пассажирских железных дорог получили подвесно-канатные дороги.

Лит.: Оппенгейм К. А., Проектирование жел. дорог, ч. 1—4, М., 1925—28; Коковцев К., Горные шел. дороги Швейцарии особых систем,т. 1—2, СПБ, 1898—1909; его же, Дороги особых систем, М.—Л., 1927; Образцов В. Н., Горные дороги Швейцарии, М., 1910; Зеефельнер Е., Электрическая тяга. Теория и применение электрической тяги па железных дорогах, перевод с нем., М., 1926; Rail’s Enzyklopadie des Eisenbahirwesens, 2 Auflage, В.—W., 1912—23, см. статьи: Albulabalm, Alpen-bahnen, Bergbahnen(HM.nnT.), Gebirgsbalmen(HM. лит.), Einschienenbahnen, Gotthardbahn, Seilbahnen, Seil-schwebebahnen, Scliwebebahnen, Zalmbabnen; В 1 e ίο h e г t A., Personen-Seilschwebebahnen, Leipzig, 1 928; S t r u b E., Die Drahtseilbalmen, В. 1—Berg-balmen d. Schweiz, Wiesbaden, 1900; L 6 v y-L a m-b ert A., Chemins defer к сгётаШёге, 2 6d., Paris, 1908; «Organ f. die Fortschritte d. Eisenbahnwesens», B., «Ζ. d. VDI»; «Schweizerisclie Bau-Zeituna», Ziirich, ab 1890. И. Иванов, В. Образцов, Э. Штрем.