Gleisgeometrie - Track geometry

Dreifachspur verwendet in den Bahnhöfen von Gladstone & Peterborough in Südaustralien

Die Gleisgeometrie ist die dreidimensionale Geometrie von Gleisanlagen und zugehörigen Messungen, die bei der Planung, dem Bau und der Instandhaltung von Eisenbahngleisen verwendet werden . Das Thema wird im Rahmen von Normen, Geschwindigkeitsbegrenzungen und anderen Vorschriften in den Bereichen Spurweite , Trassenführung , Elevation, Krümmung und Gleisoberfläche verwendet. Obwohl die Geometrie der Gleise von Natur aus dreidimensional ist, werden die Standards normalerweise in zwei getrennten Layouts für horizontal und vertikal ausgedrückt .

Layout

Horizontales Layout

Tangentialbahn in Blau mit Übergangsspirale in Rot und gebogener Bahn in Grün.

Horizontales Layout ist das Gleislayout auf der horizontalen Ebene. Dies kann man sich als die Draufsicht vorstellen, die eine Ansicht eines dreidimensionalen Gleises von der Position oberhalb des Gleises ist. In der Gleisgeometrie umfasst die horizontale Anordnung die Anordnung von drei Hauptgleistypen: Tangentengleis (gerade Linie), gebogenes Gleis und Gleisübergangskurve (auch Übergangsspirale oder -spirale genannt ), die zwischen einer Tangente und einem gebogenen Gleis verbindet. Curved Track kann auch in 3 Typen kategorisiert werden. Der erste Typ ist eine einfache Kurve, die über die gesamte Kurve den gleichen Radius hat. Der zweite Typ ist eine zusammengesetzte Kurve, die zwei oder mehr einfache Kurven mit unterschiedlichen Radien umfasst, die dieselbe Krümmungsrichtung aufweisen. Der dritte Typ ist eine umgekehrte Kurve, die aus zwei oder mehr einfachen Kurven besteht, die die entgegengesetzte Krümmungsrichtung aufweisen (manchmal als "S"-Kurve oder Serpentinenkurve bekannt).

In Australien gibt es eine spezielle Definition für eine Kurve (oder eine horizontale Kurve ), die eine Verbindung zwischen zwei Tangentenspuren bei fast 180 Grad (mit einer Abweichung von nicht mehr als 1 Grad 50 Minuten ) ohne eine dazwischenliegende Kurve darstellt. Es gibt eine Reihe von Geschwindigkeitsbegrenzungen für die Kurven unabhängig von der normalen Tangentialstrecke.

Vertikales Layout

Vertikales Layout ist das Spurlayout auf der vertikalen Ebene. Dies kann man sich als Höhenansicht vorstellen, bei der es sich um die Seitenansicht des Gleises handelt, um die Gleishöhe anzuzeigen. In der Gleisgeometrie beinhaltet die vertikale Anordnung Konzepte wie Querneigung, Überhöhung und Steigung.

Referenzschiene

Die Referenzschiene ist die Basisschiene, die als Referenzpunkt für die Messung dient. Es kann in verschiedenen Ländern variieren. Die meisten Länder verwenden eine der Schienen als Referenzschiene. Zum Beispiel verwenden die Vereinigten Staaten die Referenzschiene als Linienschiene, die die östliche Schiene des Tangentialgleises, die nach Norden und Süden verläuft, die Nordschiene der Tangentialschiene, die nach Osten und Westen verläuft, die äußere Schiene (die Schiene, die weiter von der Mitte) in Kurven oder die Außenschienen im mehrgleisigen Gebiet. Bei der Schweizerischen Bahn ist die Bezugsschiene für Tangentialgleise die Mittellinie zwischen zwei Gleisen, für gebogene Gleise jedoch die Außenschiene.

Spurweite

Spurweite oder Spurweite (auch bekannt als Spurlehre in den USA) ist der Abstand zwischen den Innenseiten (Über Seiten) der Köpfe der beiden Tragschienen , die eine einzige Eisenbahnlinie bilden. Jedes Land verwendet unterschiedliche Spurweiten für verschiedene Zugtypen. Die 1.435 mm ( 4 ft 8+Die Spurweite 1 ⁄ 2 in) ist die Grundlage für 60 % der Eisenbahnen der Welt.

Querhöhe

Crosslevel

Die Messung des Querniveaus zwischen zwei Schienen

Crosslevel (oder „ Crosslevel “) ist die Messung des Höhenunterschieds (Höhe) zwischen der oberen Oberfläche der beiden Schienen an einem beliebigen Punkt der Eisenbahnstrecke. Die beiden Punkte (jeweils am Kopf jeder Schiene) werden im rechten Winkel zur Referenzschiene gemessen . Da sich die Schiene leicht auf und ab bewegen kann, sollte die Messung unter Last erfolgen.

Es wird als Null-Kreuzungsniveau bezeichnet, wenn es keinen Höhenunterschied beider Schienen gibt. Es wird als umgekehrtes Querniveau bezeichnet, wenn die äußere Schiene eines gebogenen Gleises eine niedrigere Höhe hat als die innere Schiene. Andernfalls wird der Crosslevel in der Höheneinheit ausgedrückt.

Die Geschwindigkeitsbegrenzungen richten sich nach dem Querniveau der Strecke. Bei Tangentialspur ist es erwünscht, einen Nulldurchgangspegel zu haben. Die Abweichung von Null kann jedoch erfolgen. Viele Vorschriften haben Spezifikationen bezüglich Geschwindigkeitsbegrenzungen für bestimmte Streckenabschnitte basierend auf dem Crosslevel.

Bei gebogenen Gleisen verwenden die meisten Länder den Begriff Überhöhung oder Überhöhung , um den Höhenunterschied und die damit verbundenen Vorschriften auszudrücken.

Kette

Warp ist der Unterschied im Crosslevel von zwei beliebigen Punkten innerhalb der spezifischen Distanz entlang der Strecke. Der Warp-Parameter in der Gleisgeometrie wird verwendet, um das Maximum des Höhenunterschieds des Gleises in einem beliebigen Segment (Tangenten, Kurven und Spiralen) anzugeben.

Ohne den maximalen Warp-Parameter ist die Regulierung auf Crosslevel allein möglicherweise nicht ausreichend. Betrachten Sie Schienen mit einem positiven Querniveau, gefolgt von einem negativen Querniveau, gefolgt von einer Folge abwechselnder positiver und negativer Querniveaus. Obwohl alle diese Querebenen zulässige Parameter sind, wird die Bewegung beim Fahren eines Zuges auf einem solchen Gleis nach links und rechts schaukeln. Daher wird der maximale Warp-Parameter verwendet, um den kritischen harmonischen Rock-Off-Zustand zu verhindern, der dazu führen kann, dass die Züge hin und her schaukeln und nach dem Radanstieg entgleisen .

In den Vereinigten Staaten beträgt der spezifische Abstand, der für die Messung verwendet wird, um sicherzustellen, dass der Unterschied im Querniveau des Gleises innerhalb des zulässigen Krümmungsparameters liegt, 62 Fuß. Der Entwurfsverzug ist sowohl für tangentiale als auch für gekrümmte Bahnen null. Das bedeutet im Idealfall, dass sich der Crosslevel nicht zwischen zwei Punkten innerhalb von 62 Fuß ändern sollte. Es gibt einige Abweichungen, damit sich Querlagen entlang der Strecke ändern können (z. B. Änderung bei Überhöhung in Kurven). Unterschiedliche Stufen dieser Abweichungen vom Zero Warp geben die Geschwindigkeitsgrenzen vor.

Die Spezifikation , die auf der Rate der Änderung in der Kurvenbahn crosslevels fokussiert wird , in dem Bereich enthalten ist, zu verwandten Überhöhungs Gradienten .

Längserhebung

Steigung verfolgen

d = horizontal
zurückgelegte Strecke Δh = Steigung
l = Hanglänge
α = Neigungswinkel

Der Begriff Gleisneigung ist die relative Höhe der beiden Schienen entlang des Gleises. Dies kann in der horizontal zurückgelegten Strecke für eine Steigung von einer Einheit ausgedrückt werden, oder in Form eines Neigungswinkels oder eines prozentualen Höhenunterschieds für eine bestimmte Strecke des Gleises.

Die zulässigen Steigungen können auf der herrschenden Steigung basieren, die die maximale Steigung ist, über die ein Tonnagezug mit einer Lokomotive gezogen werden kann. In einigen Ländern Impulse Gradient dem ein steiler , aber kürzere Steigung erlaubt werden kann. Dies ist normalerweise der Fall, wenn ein Gleisgefälle lang genug und ohne Signal zwischen ihnen mit einem nivellierten Tangentengleis verbunden ist, so dass ein Zug Schwung aufbauen kann, um eine steilere Steigung zu durchfahren, als er es ohne den auf dem nivellierten Tangentialgleis gewonnenen Schwung kann.

In gebogenen Gleisen (mit oder ohne Überhöhung) entsteht ein Kurvenwiderstand, um die Züge durch die Kurve zu schieben. Die zulässigen Steigungen können in Kurven reduziert werden, um den zusätzlichen Kurvenwiderstand zu kompensieren. Die Steigung sollte entlang der Strecke gleichmäßig sein.

Vertikale Kurve

Vertikale Kurve ist die Kurve in vertikalem Layout zwei Spurverläufe miteinander zu verbinden , ob es für den Wechsel von einem ist Upgrade zu einer Herabstufung (Summit), von einer Herabstufung auf ein Upgrade Ändern (SAG oder Tal), in zwei Ebenen von Upgrades zu ändern oder zu ändern in zwei Abstufungen.

In einigen Ländern gibt es über die allgemeinen Spezifikationen zur vertikalen Ausrichtung hinaus keine genauen Angaben zur Geometrie vertikaler Kurven. Australien hat Spezifikation, dass die Form von vertikalen Kurven auf quadratischen Parabeln basieren sollte, aber die Länge einer bestimmten vertikalen Kurve wird basierend auf einer kreisförmigen Kurve berechnet.

Krümmung

Kurve mit Gleisüberhöhung auf dem Keystone Corridor bei Rosemont, PA

In den meisten Ländern wird die Messung der Krümmung gebogener Gleise in Radius ausgedrückt . Je kürzer der Radius, desto schärfer ist die Kurve. Für schärfere Kurven sind die Geschwindigkeitsbegrenzungen niedriger, um zu verhindern, dass eine nach außen gerichtete horizontale Fliehkraft die Züge umkippt, indem ihr Gewicht auf die äußere Schiene gerichtet wird. Cant kann verwendet werden, um höhere Geschwindigkeiten über dieselbe Kurve zu ermöglichen.

In den Vereinigten Staaten wird die Messung der Krümmung in ausgedrückt Krümmungsgrad . Dies wird erreicht, indem eine Sehne von 30,48 m 100 Fuß mit zwei Punkten auf einem Bogen der Referenzschiene verbunden wird, und dann Radien von der Mitte zu jedem der Sehnenendpunkte gezeichnet werden. Der Winkel zwischen den Radienlinien ist der Krümmungsgrad. Der Krümmungsgrad ist umgekehrt zum Radius. Je größer der Krümmungsgrad, desto schärfer ist die Kurve. Die Kurve auf diese Weise auszudrücken ermöglicht es Vermessern, Schätzungen und einfachere Werkzeuge bei der Kurvenmessung zu verwenden. Dies kann erreicht werden, indem eine 18,90 m lange Saite als Sehne verwendet wird, um den Bogen an der Spurseite der Referenzschiene zu verbinden. Dann wird am Mittelpunkt der Leitlinie (am 31. Fuß) eine Messung von der Leitlinie bis zur Spurweite der Referenzschiene durchgeführt. Die Zahl der Zoll in dieser Messung wird als die Zahl der Krümmungsgrade angenähert.

Aufgrund der Beschränkung, wie bestimmte Zugausrüstungen bei Höchstgeschwindigkeiten abbiegen können, gibt es eine Beschränkung des minimalen Kurvenradius , um die Schärfe aller Kurven entlang einer gegebenen Route zu steuern. Obwohl die meisten Länder den Radius für die Messung der Krümmung verwenden, wird der Begriff maximaler Krümmungsgrad immer noch außerhalb der Vereinigten Staaten wie in Indien verwendet, jedoch mit dem Radius als Einheit.

Kippen

Eisenbahnschienen-Wasserwaage, die 5" Überhöhung zwischen den inneren und äußeren Schienen einer Kurve entlang des Keystone Corridor in der Nähe von Narberth, PA anzeigt.

In gebogenen Gleisen ist es in der Regel so ausgelegt, dass die äußere Schiene angehoben wird , um eine Steilkurve zu erzeugen , wodurch Züge mit höheren Geschwindigkeiten durch die Kurve manövrieren können, die sonst auf ebenem oder ebenem Untergrund nicht möglich wären. Es hilft einem Zug auch, um eine Kurve zu lenken, verhindert, dass die Spurkränze auf die Schienen drücken, wodurch Reibung und Verschleiß minimiert werden. Die Messung des Höhenunterschieds zwischen der äußeren Schiene und der inneren Schiene wird in den meisten Ländern als Überhöhung bezeichnet . Manchmal wird die Überhöhung in Form des Winkels statt der Höhendifferenz gemessen. In den Vereinigten Staaten wird es in Höhendifferenz gemessen und auch für die gebogene Strecke als Crosslevel bezeichnet.

Wenn die äußere Schiene höher liegt als die innere Schiene, wird dies als positive Überhöhung bezeichnet . Dies ist normalerweise die gewünschte Anordnung für gebogene Gleise. Die meisten Landkreise erreichen das gewünschte Niveau der positiven Überhöhung durch Anheben der äußeren Schiene auf das Niveau, das als Überhöhung bezeichnet wird . Bei Schweizer Bahnen erfolgt die Überhöhung durch Drehung um die Gleisachse (Mitte der beiden Schienen), um die äußere Schiene mit der halben Rate der gewünschten Überhöhung hochzuheben (angehoben) und die innere Schiene gleichzeitig angehoben (abgesenkt) zu haben halbe Rate der gewünschten Überhöhung.

Wenn sich die äußere Schiene auf einer niedrigeren Höhe befindet als die innere Schiene, wird dies als negative Neigung (oder in den Vereinigten Staaten umgekehrtes Querniveau) bezeichnet. Dies ist in der Regel nicht erwünscht, kann aber in manchen Situationen, zB bei Kurven mit Weichen , unvermeidlich sein .

Es gibt Vorschriften, die die maximale Überhöhung begrenzen. Dies dient dazu, das Entladen der Räder auf der äußeren Schiene (Hochschiene) insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten zu kontrollieren.

Neigungssteigung

Der Überhöhungsgrad ist der Betrag, um den die Überhöhung in einer gegebenen Streckenlänge erhöht oder verringert wird. Die Änderung der Überhöhung ist erforderlich, um ein Tangentengleis (keine Überhöhung) an ein gebogenes Gleis (mit Überhöhung) durch einen Übergangsbogen anzuschließen. Die Änderungsgeschwindigkeit der Überhöhung wird verwendet, um den geeigneten Überhöhungsgradienten für eine gegebene Entwurfsgeschwindigkeit zu bestimmen. Die Spurverdrillung kann auch verwendet werden, um den Überhöhungsgradienten zu beschreiben, der in Prozent der Überhöhungsänderung pro Längeneinheit ausgedrückt werden kann. In Großbritannien wird der Begriff Gleisverwindung jedoch normalerweise im Zusammenhang mit Überhöhungen mit höheren Werten verwendet, die als Fehler angesehen werden.

In den Vereinigten Staaten wird der erforderliche Überhöhungsgradient auf einer Übergangskurve, um eine glatte Verbindung zwischen der Überhöhung des gebogenen Gleises und dem Null-Kreuzungsniveau des tangentialen Gleises zu erreichen, als Überhöhungsabfluss bezeichnet . Neben der Abflussvorgabe sind auch die Vorschriften über die zulässige Änderungsgeschwindigkeit der Überhöhung Bestandteil der allgemeinen Vorgabe zur Änderungsgeschwindigkeit der Kreuzlagen, die als Warp-Parameter bezeichnet werden. Der Warp-Parameter und der Überhöhungsabfluss helfen bei der Berechnung der erforderlichen Länge des Abflusses für eine Übergangskurve.

Cant-Mangel

Wie beschrieben, kann die Schräglage verwendet werden, um die Querbeschleunigung bei Zügen zu reduzieren, die auf gekrümmten Gleisen fahren. Dies dient dazu, die Zentrifugalkraft (Kraft, die die Kurve nach außen drückt) und die Zentripetalkraft (Kraft, die die Kurve nach innen drückt ) auszugleichen . Bei höherer Drehzahl ist die Fliehkraft höher. Im Gegenteil, eine höhere Neigung erzeugt die höhere Zentripetalkraft. Die Berechnung hierfür geht von einer konstanten Zuggeschwindigkeit auf einer Kurve mit konstantem Radius aus.

Wenn die Geschwindigkeit des Zuges und der Betrag der Überhöhung im Gleichgewicht sind (Fliehkraft entspricht Zentripetal), wird dies als Gleichgewicht bezeichnet . Dies würde dazu führen, dass die Komponenten der Rad-zu-Schiene-Kraft senkrecht zur Gleisebene für die äußere Schiene wie für die innere Schiene insgesamt gleich sind. Dadurch würden die Fahrgäste im Zug auch keine Querbeschleunigung (Schub zur Seite) wahrnehmen.

Bei einem festen Betrag der Überhöhung wird die Geschwindigkeit, die das Gleichgewicht erzeugt, als Gleichgewichtsgeschwindigkeit bezeichnet . Für eine konstante Geschwindigkeit eines fahrenden Zuges wird die erforderliche Überhöhung zum Erreichen des Gleichgewichts als Gleichgewichtsüberhöhung bezeichnet .

In der Praxis fahren Züge in Kurven nicht auf Gleichgewichtsschrägen. Die Situation wird als Unwucht bezeichnet , die auf eine der beiden folgenden Arten vorliegen kann. Wenn bei einer gegebenen Geschwindigkeit die tatsächliche Überhöhung kleiner als die Gleichgewichtsüberhöhung ist, wird der Betrag der Überhöhungsdifferenz als Überhöhungsfehlbetrag bezeichnet . Mit anderen Worten, es ist der Betrag der fehlenden Überhöhung, um das Gleichgewicht zu erreichen. Im Gegensatz dazu, wenn bei einer gegebenen Geschwindigkeit die tatsächliche Überhöhung höher ist als die Gleichgewichtsüberhöhung, wird der Betrag der Überüberhöhung von der Bilanz als Überhöhungsüberschreitung bezeichnet .

Bei einer gemeinsamen Gleiskonfiguration für Züge mit unterschiedlichen Betriebsgeschwindigkeiten wie Güterverkehr und Hochgeschwindigkeitsschienenpersonenverkehr sollte die Überhöhung einer Kurve sowohl für hohe als auch für niedrige Geschwindigkeiten berücksichtigt werden. Die Züge mit höherer Geschwindigkeit würden einen Mangel an Überhöhung erfahren und die Züge mit niedrigerer Geschwindigkeit würden eine Überschreitung der Überhöhung erfahren. Diese Parameter haben einen signifikanten Einfluss auf die Kurvenleistung, zu der Sicherheit, Fahrgastkomfort und Verschleiß von Ausrüstung und Schienen gehören.

Ausrichtung

Der Begriff Ausrichtung wird sowohl in horizontalen als auch in vertikalen Layouts verwendet, um die Liniengleichmäßigkeit (Geradheit) der Schienen zu beschreiben.

Die horizontale Ausrichtung (oder Ausrichtung in den Vereinigten Staaten) erfolgt unter Verwendung einer vordefinierten Länge der Leitdrahtlinie (z. B. 62 Fuß in den USA und 20 Meter in Australien), um entlang der Spurweite der Referenzschiene zu messen. Es ist der Abstand (in Zoll oder Millimeter) vom Mittelpunkt der Leitlinie bis zur Spurweite der Referenzschiene. Die horizontale Ausrichtung des Entwurfs für die Tangentialspur ist Null (perfekte gerade Linie auf dem horizontalen Layout). Die horizontale Konstruktionsausrichtung auf der gebogenen Schiene in den Vereinigten Staaten beträgt 1 Zoll für jeden Krümmungsgrad. Alle anderen Messwerte weisen auf Abweichungen hin.

Die vertikale Ausrichtung (oder Profil in den Vereinigten Staaten, aber nicht zu verwechseln mit Schienenprofil ) ist die Oberflächengleichmäßigkeit in der vertikalen Ebene. Die Messung der Gleichmäßigkeit erfolgt unter Verwendung einer vordefinierten Länge der Leitdrahtlinie (normalerweise die gleiche Länge wie bei der horizontalen Ausrichtung) entlang des Gleises. Liegt der Mittelpunkt der Messung höher, spricht man von einer Buckelabweichung . Auf der anderen Seite, wenn der Mittelpunkt eine niedrigere Höhe hat, wird dies als Neigungsabweichung bezeichnet .

Diese Abweichungen von der Konstruktionsausrichtung werden als Parameter verwendet, um Geschwindigkeitsbegrenzungen zuzuweisen.

Siehe auch

Geometrische Gestaltung von Straßen
Jim Crow , ein Werkzeug zum Biegen von Schienen
Gleisgeometrie Auto

Verweise

Languages

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