ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ, ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΩΝ» ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΓΚΑΡΣΙΕΣ ΚΑΙ ΔΙΑΜΗΚΕΙΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΑΣΚΟΥΜΕΝΕΣ ΣΤΗ ΣΙΔΗΡΟΔΡΟΜΙΚΗ ΓΡΑΜΜΗ - ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΚΑΡΤΣΑΚΛΗ ΔΗΜΗΤΡΑ Διπλ. πολιτικός μηχανικός Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2008

2 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ.1 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ABSTRACT... 6 ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΥΜΒΟΛΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1- ΕΙΣΑΓΩΓΗ Αντικείμενο της εργασίας και πεδίο εφαρμογής Περιγραφή του προβλήματος Μεθοδολογική προσέγγιση Δομή της εργασίας.13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 - ΤΟ ΣΙΔΗΡΟΔΡΟΜΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΑΣΚΟΥΜΕΝΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ Ορισμός του συστήματος Η σιδηροδρομική υποδομή Το τροχαίο υλικό Η σιδηροδρομική εκμετάλλευση Ασκούμενες δυνάμεις στο σιδηρόδρομο Εγκάρσιες δυνάμεις Διαμήκεις δυνάμεις....20

3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΕΓΚΑΡΣΙΩΝ ΔΥΝΑΜΕΩΝ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ Δύναμη βαρύτητας Sp Ορισμός Επιπτώσεις από την ύπαρξη της δύναμης βαρύτητας Δυνάμεις ψευδοολίσθησης Εγκάρσιες δυνάμεις ψευδοολίσθησης Τ 1, Τ Διαμήκεις δυνάμεις ψευδοολίσθησης Χ 1, Χ Προβλήματα από την ύπαρξη των δυνάμεων ψευδοολίσθησης Μέτρα αντιμετώπισης Δύναμη καθοδήγησης F καθ Ορισμός Προβλήματα από την παρουσία της F καθ Μέτρα αντιμετώπισης Δύναμη πλευρικού ανέμου H w Ορισμός Προβλήματα από την παρουσία της H w Μέτρα αντιμετώπισης Παραμένουσα φυγόκεντρη δύναμη F nc Ορισμός Προβλήματα από την παρουσία της F nc Μέτρα αντιμετώπισης Εγκάρσια δύναμη Ρ δυν λόγω ταλαντώσεων Ορισμός Προβλήματα από την παρουσία της P δυν Μέτρα αντιμετώπισης Συνολική εγκάρσια δύναμη Υ ασκούμενη από τον τροχό στη σιδηροτροχιά Ορισμός Προβλήματα από την παρουσία της συνολικής εγκάρσιας δύναμης Υ Μέτρα αντιμετώπισης...62 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 - ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΔΙΑΜΗΚΩΝ ΔΥΝΑΜΕΩΝ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ Δυνάμεις θερμοκρασιακών μεταβολών Ν Δt Ορισμός Προβλήματα από την παρουσία της δύναμης θερμοκρασιακών μεταβολών Ν Δt. 71

4 4.1.3 Μέτρα αντιμετώπισης Δυνάμεις όδευσης σιδηροτροχιάς Ορισμός Προβλήματα από την παρουσία των δυνάμεων όδευσης σιδηροτροχιάς Μέτρα αντιμετώπισης Δυνάμεις επιτάχυνσης Ν r και τροχοπέδησης N γ Ορισμός Προβλήματα από την παρουσία των δυνάμεων επιτάχυνσης Ν r και τροχοπέδησης N γ Μέτρα αντιμετώπισης Δύναμη έλξης επισώτρων F t Ορισμός Προβλήματα Μέτρα αντιμετώπισης Δύναμη πρόσφυσης Π Ορισμός Προβλήματα Μέτρα αντιμετώπισης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ....94

5 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Μετά το πέρας αυτή της διπλωματικής εργασίας, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα αναπληρωτή καθηγητή κ. Πυργίδη Χρήστο για την πολύτιμη βοήθεια και υποστήριξή του καθ όλη τη διάρκεια της εκπόνησής της.

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται μια προσπάθεια διερεύνησης των διαφόρων ειδών προβλημάτων και κινδύνων που δημιουργούν οι εγκάρσιες και διαμήκεις δυνάμεις στο σιδηροδρομικό σύστημα. Επιπλέον, παρουσιάζονται κάποιοι τρόποι περιορισμού ή εξάλειψης των προβλημάτων αυτών, μέσα από κατάλληλες επιλογές των παραμέτρων που συνθέτουν την κάθε συνιστώσα του συστήματος. Το σιδηροδρομικό σύστημα αποτελείται από τρεις συνιστώσες : την σιδηροδρομική υποδομή, το τροχαίο υλικό και την εκμετάλλευση. Η σιδηροδρομική υποδομή περιλαμβάνει τη σιδηροδρομική γραμμή (ή σιδηροδρομική οδό μεταφοράς), τα τεχνικά έργα και τις εγκαταστάσεις γραμμής. Από την άλλη, ως τροχαίο υλικό νοούνται όλα τα οχήματα, έλκοντα και ελκόμενα, που κινούνται πάνω στις σιδηροτροχιές.τέλος, με τον όρο σιδηροδρομική εκμετάλλευση νοείται το σύνολο των δραστηριοτήτων μέσω των οποίων μια σιδηροδρομική επιχείρηση εξασφαλίζει την κυκλοφορία του τροχαίου υλικού που διαθέτει στη σιδηροδρομική υποδομή. Οι εγκάρσιες δυνάμεις που δρουν στο σιδηροδρομικό σύστημα οφείλονται τόσο σε λόγους αλληλεπίδρασης της γραμμής με το τροχαίο υλικό όπως π.χ. η δύναμη βαρύτητας (εσωτερικές), όσο και σε εξωτερικούς παράγοντες όπως π.χ. ο άνεμος (εξωτερικές). Οι δυνάμεις μεταδίδονται μέσω των τροχών των οχημάτων αρχικά στη σιδηροτροχιά και στη συνέχεια μέσω των υπόλοιπων στοιχείων της γραμμής στο έδαφος θεμελίωσης. Οι διαμήκεις δυνάμεις εμφανίζουν μια ποικιλία όσον αφορά στα αίτια που τις προκαλούν. Υπάρχουν αυτές που οφείλονται στην έλξη, επιτάχυνση και πέδηση των συρμών και αυτές που οφείλονται σε εξωτερικούς παράγοντες (π.χ. σε θερμοκρασιακές μεταβολές). Στην θεωρητική αυτή εργασία: Ορίζονται και ταξινομούνται όλες οι εγκάρσιες και διαμήκεις δυνάμεις, εσωτερικές και εξωτερικές. Αναλύονται τα αίτια που τις προκαλούν και δίδονται οι μαθηματικές σχέσεις που τις εκφράζουν ποσοτικά. Εξετάζεται η αρνητική επίδρασή τους (εφόσον υπάρχει) στην κάθε συνιστώσα του σιδηροδρομικού συστήματος. Τέλος, παρουσιάζονται οι τρόποι με τους οποίους μπορεί να περιορισθεί αυτή η αρνητική επίδραση. Πεδίο εφαρμογής της εργασίας αυτής είναι τα υπεραστικά και προαστιακά σιδηροδρομικά δίκτυα μπορεί, όμως, να χρησιμοποιηθεί ως αναφορά και για τα αστικά δίκτυα (μετρό, τραμ) αν βεβαίως ληφθούν υπόψη οι ιδιαιτερότητες που έχουν τα μέσα αυτά στην κατασκευή και στη λειτουργία τους.

7 ABSTRACT This dissertation investigates the various problems and risks that lateral and longitudinal forces cause on rail system. In addition, the project gives some solutions so that these problems are limited through the selection of suitable parameters of the rail system components. Rail system is composed of three components: rail infrastructure, vehicles and exploitation. Rail infrastructure includes the rail track, the structures needed (such as bridges e.t.c.) and track equipment. The term vehicles includes all vehicles such as the pulling as well as the pulled vehicles too. Finally, exploitation is all the activities through which a rail company makes sure that its vehicles run on the rail infrastructure. Lateral forces that act on the rail system come from the interaction between rail track and wheels (internal forces), or they are caused by external factors such as the wind (external forces).forces are conveyed via the wheels of the vehicles to the rails, initially, and then, via the other track components, on the soil foundations. Longitudinal forces appear to be caused by various reasons. There are the pulling, accelerating and braking forces and the forces which are caused by external factors (for example temperature changes). In this theoretical project: all lateral and longitudinal forces are defined and classified the causes of lateral and longitudinal forces are analyzed and the mathematical forms that describe them are provided the negative impact of lateral and longitudinal forces on every rail system component is examined finally, some ways to avoid the problems described are provided The field of application of this project is national and suburban rail networks. The findings may also be relevant to urban networks (metro, tram) if, of course, the special constructional and functional characteristics of these forms of transport are taken into account.

8 ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΥΜΒΟΛΩΝ Σύμβολο Q Q 0 γ e y α V R c 2e σ U U θ I Ε g r 0 μ 2a δ p β S p F φ γ φ F nc Περιγραφή Κατακόρυφο φορτίο άξονα Κατακόρυφο φορτίο τροχού Ισοδύναμη κωνικότητα τροχού Εγκάρσια μετατόπιση ενός σιδηροδρομικού άξονα Γωνία στροφής σιδηροδρομικού άξονα γύρω από τον κατακόρυφο στη γραμμή άξονα συντεταγμένων (γωνία παρέκκλισης) Ταχύτητα πορείας οχήματος Ακτίνα καμπυλότητας στην οριζοντιογραφία Εύρος γραμμής Διάκενο όνυχα τροχού σιδηροτροχιάς Κανονική υπερύψωση γραμμής Θεωρητική υπερύψωση γραμμής Ανεπάρκεια υπερύψωσης Πλεόνασμα υπερύψωσης Επιτάχυνση βαρύτητας Ακτίνα κύλισης τροχών Συντελεστής τριβής τροχού σιδηροτροχιάς Διαξόνιο φορείων Γωνία υπερύψωσης Γωνία κλίσης παρειάς όνυχα Δύναμη βαρύτητας Φυγόκεντρη δύναμη Φυγόκεντρη επιτάχυνση Παραμένουσα φυγόκεντρη δύναμη

9 γ nc Σύμβολο Η w Η R Παραμένουσα εγκάρσια επιτάχυνση Περιγραφή Πλευρική δύναμη ανέμου Εγκάρσια αντίσταση γραμμής Ν Δt α t Π F t W F ε Διαμήκης δύναμη λόγω θερμοκρασιακών μεταβολών Συντελεστής θερμικής διαστολής χάλυβα Δύναμη πρόσφυσης Δύναμη επί των επισώτρων των τροχών Αντίσταση συρμού Δύναμη έλξης

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 - ΕΙΣΑΓΩΓH 1.1 Αντικείμενο της εργασίας και πεδίο εφαρμογής Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται μια προσπάθεια διερεύνησης των διαφόρων προβλημάτων που δημιουργούν οι εγκάρσιες και διαμήκεις δυνάμεις που ασκούνται σε ένα σιδηροδρομικό σύστημα. Επιπλέον, παρουσιάζονται τρόποι περιορισμού ή εξάλειψης των προβλημάτων αυτών, μέσα από κατάλληλες επιλογές των παραμέτρων που συνθέτουν τις συνιστώσες του συστήματος. Το σιδηροδρομικό σύστημα αποτελείται από τρεις συνιστώσες : τη σιδηροδρομική υποδομή, το τροχαίο υλικό και την εκμετάλλευση. [1] Η σιδηροδρομική υποδομή περιλαμβάνει τη σιδηροδρομική γραμμή (ή σιδηροδρομική οδό μεταφοράς), τα τεχνικά έργα, τις εγκαταστάσεις γραμμής και τις λειτουργικές εγκαταστάσεις. Ως τροχαίο υλικό νοούνται όλα τα οχήματα, έλκοντα και ελκόμενα, που κινούνται πάνω στις σιδηροτροχιές.τέλος, με τον όρο σιδηροδρομική εκμετάλλευση νοείται το σύνολο των δραστηριοτήτων μέσω των οποίων μια σιδηροδρομική επιχείρηση εξασφαλίζει την κυκλοφορία του τροχαίου υλικού που διαθέτει στη σιδηροδρομική υποδομή. Οι εγκάρσιες δυνάμεις που δρουν στο σιδηροδρομικό σύστημα οφείλονται τόσο στην αλληλεπίδραση της γραμμής με το τροχαίο υλικό όπως π.χ. η δύναμη βαρύτητας, όσο και σε εξωτερικούς ως προς το σύστημα παράγοντες όπως π.χ. ο άνεμος. Οι εγκάρσιες δυνάμεις μεταδίδονται μέσω των τροχών των οχημάτων αρχικά στις σιδηροτροχιές και στη συνέχεια στα υπόλοιπα στοιχεία της γραμμής. Οι διαμήκεις δυνάμεις εμφανίζουν μια ποικιλία όσον αφορά στα αίτια που τις προκαλούν. Υπάρχουν αυτές που προκαλούνται κατά την έλξη, την επιτάχυνση και την πέδηση των συρμών και αυτές που οφείλονται σε εξωτερικούς παράγοντες (π.χ. σε θερμοκρασιακές μεταβολές). Στη θεωρητική αυτή εργασία: Ορίζονται και ταξινομούνται όλες οι εγκάρσιες και διαμήκεις δυνάμεις, που ασκούνται στο σιδηρόδρομο. Αναλύονται τα αίτια που τις προκαλούν και δίδονται οι μαθηματικές σχέσεις που τις εκφράζουν ποσοτικά. Εξετάζεται η αρνητική επίδρασή τους (εφόσον υπάρχει) στην κάθε συνιστώσα του σιδηροδρομικού συστήματος (ποιοτικά και ποσοτικά). Τέλος, παρουσιάζονται τρόποι με τους οποίους μπορεί να περιορισθεί αυτή η αρνητική επίδραση. Πεδίο εφαρμογής της εργασίας αυτής είναι τα υπεραστικά και προαστιακά σιδηροδρομικά συστήματα μεταφοράς μπορεί, όμως, να χρησιμοποιηθεί ως αναφορά και για τα αστικά δίκτυα (μετρό, τραμ) αν βεβαίως ληφθούν υπόψη οι ιδιαιτερότητες που έχουν τα μέσα αυτά στην κατασκευή και στη λειτουργία τους.

11 1.2 Περιγραφή του προβλήματος και στόχοι της εργασίας Τα τελευταία χρόνια, αυξάνεται διαρκώς το ενδιαφέρον γύρω από τα θέματα της προστασίας του περιβάλλοντος και τον περιορισμό των αρνητικών επιπτώσεων των διάφορων ανθρώπινων δραστηριοτήτων σε αυτό. Οι μεταφορές αποτελούν ένα από τα σημαντικά ρυπογόνα συστήματα δραστηριοτήτων.το γεγονός αυτό έχει οδηγήσει την πολιτική βούληση στην αναζήτηση φιλικότερων περιβαλλοντικά μέσων μεταφοράς. Ο σιδηρόδρομος αποτελεί αναμφίβολα ένα πιο καθαρό μέσο από το αυτοκίνητο και οι προσπάθειες έχουν στραφεί προς την προώθηση της χρήσης του, τόσο σε μεταφορές αγαθών - πρωτίστως όσο και επιβατών. Η ολοένα και μεγαλύτερη απαίτηση για μετακίνηση με σιδηροδρομικά μέσα (ειδικά για μεσαίες αποστάσεις) οδηγεί στη δρομολόγηση περισσότερων συρμών, συρμών μεγαλύτερου μήκους, σιδηροδρομικών οχημάτων μεγαλύτερου βάρους καθώς και υψηλότερων ταχυτήτων. Η αύξηση του βάρους και της ταχύτητας των συρμών επηρεάζει άμεσα τις κατακόρυφες δυνάμεις που ασκούνται στο σιδηροδρομικό σύστημα, έχει όμως επιπτώσεις και στις εγκάρσιες και οριζόντιες δυνάμεις καθώς αυξάνει σημαντικά το μέτρο τους.[2] Παράλληλα, η αύξηση των δρομολογίων και κατ επέκταση του ημερήσιου φόρτου κυκλοφορίας αυξάνει την κόπωση των υποδομών και αναγκάζει τους διαχειριστές της υποδομής σε συχνότερη συντήρηση που αποτελεί δαπανηρή και χρονοβόρα διαδικασία. Ειδικότερα : Όσον αφορά στις εγκάρσιες δυνάμεις, η αύξησή τους επιβάλλει πρόσθετα μέτρα για τη διατήρηση της δυναμικής άνεσης των επιβατών, για την προστασία έναντι εκτροχιασμού και γενικότερα για την εξασφάλιση της εγκάρσιας ευστάθειας των οχημάτων. Όσον αφορά στις διαμήκεις δυνάμεις, η αύξησή τους επιβάλλει πολυπλοκότερα συστήματα τροχοπέδησης, ανθεκτικότερες σιδηροτροχιές σε θερμοκρασιακές μεταβολές και προσεκτική στρώση της επιδομής της γραμμής. Από τα παραπάνω γίνεται αντιληπτό ότι είναι ανάγκη να ελαχιστοποιηθεί κατά το δυνατόν η αρνητική επίδραση των δυνάμεων που δρουν στο σιδηρόδρομο και αυτό μπορεί να επιτευχθεί με κατάλληλο σχεδιασμό, κατασκευή και διαχείριση των συνιστωσών του συστήματος. Στα πλαίσια αυτά στόχοι της εργασίας είναι: Να διασαφηνίσει τη σημασία των εγκάρσιων και διαμήκων δυνάμεων στην ασφάλεια και τη δυναμική άνεση που παρέχει το σιδηροδρομικό σύστημα στη διάρκεια της ωφέλιμης ζωής των συνιστωσών του (γραμμή, τροχαίο υλικό) και γενικότερα στο κόστος συντήρησης. Να υποδείξει και να περιγράψει τρόπους περιορισμού των αρνητικών επιδράσεων των δυνάμεων αυτών Να καταλήξει σε ένα κείμενο υπό μορφή εγχειριδίου όπου ο ενδιαφερόμενος αναγνώστης μπορεί να αναζητήσει και να βρει συγκεκριμένη πληροφορία για τις εγκάρσιες και διαμήκεις δυνάμεις που ασκούνται σε ένα σιδηροδρομικό σύστημα.

12 1.3 Μεθοδολογική προσέγγιση Για την υλοποίηση της εργασίας έγινε αναζήτηση συναφών με το αντικείμενο πληροφοριών από πολλές βιβλιογραφικές πηγές, επιλογή των κατάλληλων και εν τέλει, σύνθεσή τους. Η αναζήτηση αφορούσε τόσο σε ελληνική όσο και σε ξένη βιβλιογραφία και περιέλαβε άρθρα, βιβλία, ανακοινώσεις συνεδρίων αλλά και πανεπιστημιακές σημειώσεις διακεκριμένων στο χώρο επιστημόνων. Ο τρόπος παρουσίασης του αποτελέσματος της σύνθεσης των πληροφοριών όσον αφορά στο κύριο αντικείμενο της εργασίας γίνεται ως εξής. Για κάθε δύναμη περιγράφεται η φύση της,ο μηχανισμός εμφάνισής της, οι παράγοντες που την επηρεάζουν και ο τρόπος υπολογισμού της. Στη συνέχεια, για κάθε δύναμη καταγράφονται τα προβλήματα που προκαλεί και τα μέτρα αντιμετώπισης που υιοθετούνται/προτείνονται, ενώ για την εξασφάλιση της καλύτερης κατανόησης από οποιονδήποτε μελλοντικό χρήστη του εγχειριδίου αυτού, η παρουσίαση αυτών γίνεται ανά συνιστώσα του σιδηροδρομικού συστήματος (γραμμή,τροχαίο υλικό και εκμετάλλευση). Εδώ θα πρέπει να επισημανθεί ότι ο όρος εκμετάλλευση χρησιμοποιείται στην παρούσα εργασία με πιο στενή έννοια και αναφέρεται περισσότερο στην κυκλοφορία του σιδηροδρομικού συστήματος,δηλ. στο πώς οι δυνάμεις δημιουργούν προβλήματα στην κυκλοφορία των σιδηροδρομικών οχημάτων επί της γραμμής και με ποιους τρόπους αντιμετωπίζονται. Συγκεντρωτικά, για τη συγγραφή της εργασίας ακολουθήθηκαν τα βήματα που δίδονται στο σχήμα 1.1.

13 Βήμα 1 ο Ορισμός του αντικειμένου και του πεδίου εφαρμογής Βήμα 2 ο Ορισμός του σιδηροδρομικού συστήματος και των συνιστωσών του Βήμα 3 ο Ορισμός,ταξινόμηση, περιγραφή και ανάλυση των εγκάρσιων φορτίων Βήμα 4 ο Περιγραφή αρνητικών επιδράσεων των εγκάρσιων φορτίων Βήμα 5 ο Βήμα 6 ο Βήμα 7 ο Βήμα 8 ο Περιγραφή τρόπων αντιμετώπισης αρνητικών επιδράσεων εγκάρσιων φορτίων Ορισμός,ταξινόμηση, περιγραφή και ανάλυση των διαμήκων φορτίων Περιγραφή αρνητικών επιδράσεων των διαμήκων φορτίων Περιγραφή τρόπων αντιμετώπισης αρνητικών επιδράσεων διαμήκων φορτίων Βήμα 9 ο Συμπεράσματα Σχήμα 1.1 Βήματα που ακολουθήθηκαν για την υλοποίηση της εργασίας

14 1.4 Δομή της εργασίας Η εργασία δομείται σε πέντε κεφάλαια. Στο κεφάλαιο 1 (Εισαγωγή) δίδεται το αντικείμενο της εργασίας, τεκμηριώνεται η ανάγκη για την εκπόνησή της και περιγράφεται η μεθοδολογική προσέγγιση που ακολουθήθηκε για την υλοποίησή της. Στο κεφάλαιο 2 (Το σιδηροδρομικό σύστημα μεταφοράς Ασκούμενες δυνάμεις), δίδεται μια σύντομη περιγραφή του σιδηροδρομικού συστήματος μεταφοράς και παρουσιάζονται όλες οι δυνάμεις που δρουν στη γραμμή και το τροχαίο υλικό (κατακόρυφες, εγκάρσιες και διαμήκεις). Οι εγκάρσιες δυνάμεις διαχωρίζονται σε εσωτερικές και εξωτερικές και καταγράφονται οι «συμπεριφορές» της γραμμής και του τροχαίου υλικού στις οποίες οι δυνάμεις αυτές υπεισέρχονται. Στο κεφάλαιο 3 (Ανάλυση των εγκάρσιων δυνάμεων Προβλήματα και αντιμετώπιση), παρουσιάζονται οι εγκάρσιες δυνάμεις. Ορίζεται και αναλύεται η καθεμιά, ο μηχανισμός γένεσής της και οι μαθηματικοί τύποι που την περιγράφουν. Στη συνέχεια, αναπτύσσονται τα προβλήματα που δημιουργεί η κάθε δύναμη στη γραμμή, στο τροχαίο υλικό και στην κυκλοφορία Τέλος, αντιστοιχίζονται στις αρνητικές επιδράσεις, τρόποι περιορισμού τους που αφορούν και πάλι σε καθεμία συνιστώσα του σιδηροδρομικού συστήματος. Στο κεφάλαιο 4 (Ανάλυση των διαμήκων δυνάμεων Προβλήματα και αντιμετώπιση), παρουσιάζονται με ανάλογο τρόπο οι διαμήκεις δυνάμεις. Τέλος, στο κεφάλαιο 5 (Συμπεράσματα), διαμορφώνονται τα τελικά συμπεράσματα της εργασίας ενώ παράλληλα δίδονται δυο συγκεντρωτικοί πίνακες. Ο πρώτος παρουσιάζει την κάθε δύναμη με την ονομασία και το συμβολισμό της, την κατηγορία στην οποία ανήκει, το είδος της επιπόνησης που προκαλεί, την αιτία γένεσής της,το σημείο εφαρμογής της και τον τύπο υπολογισμού της. Στον δεύτερο πίνακα καταγράφονται για κάθε δύναμη και ανά συνιστώσα του σιδηροδρομικού συστήματος (γραμμή, τροχαίο υλικό, εκμετάλλευση), τα προβλήματα που δημιουργούνται από την αύξησή τους και τα μέτρα αντιμετώπισης που υιοθετούνται ή προτείνονται.

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 - ΤΟ ΣΙΔΗΡΟΔΡΟΜΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΑΣΚΟΥΜΕΝΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ 2.1 Ορισμός του συστήματος Ο σιδηρόδρομος αποτελεί ένα χερσαίο μέσο μαζικής μεταφοράς. Κινείται ηλεκτρικά ή μηχανικά μέσω χαλύβδινων τροχών σε αποκλειστικά δικό του διάδρομο κυκλοφορίας που ορίζεται από δύο παράλληλες μεταξύ τους σιδηροτροχιές. Εξυπηρετεί μετακινήσεις όλων των αποστάσεων και σε οποιοδήποτε περιβάλλον (αστικό, προαστιακό, περιαστικό, περιφερειακό, υπεραστικό). [1] Ως μέσο μεταφοράς ορίζεται από τρεις συνιστώσες: τη σιδηροδρομική υποδομή, το τροχαίο υλικό την εκμετάλλευση. 2.2 Η σιδηροδρομική υποδομή Με τον όρο σιδηροδρομική υποδομή νοείται η σιδηροδρομική οδός μεταφοράς ή αλλιώς σιδηροδρομική γραμμή και το σύνολο των τεχνικών έργων και εγκαταστάσεων που εξασφαλίζουν την κυκλοφορία των συρμών. Η σιδηροδρομική γραμμή αποτελείται από μια σειρά στοιχείων και υλικών διαφορετικών ελαστικοτήτων που μεταφέρουν τα στατικά και δυναμικά φορτία της κυκλοφορίας στο έδαφος θεμελίωσης (σχήμα 2.1). Περιλαμβάνει διαδοχικά από πάνω προς τα κάτω τις σιδηροτροχιές, τους στρωτήρες, το έρμα, το υπόστρωμα του έρματος, τη στρώση διαμόρφωσης και το έδαφος θεμελίωσης ή υπόβαση. Οι σιδηροτροχιές τοποθετούνται επί των στρωτήρων μέσω ελαστικών υποθεμάτων και συνδέονται με αυτούς με τη βοήθεια ειδικών διατάξεων (συνδέσμων). Η γραμμή διακρίνεται στην επιδομή και στην υποδομή. Σιδηροτροχιές, στρωτήρες, σύνδεσμοι, ελαστικά υποθέματα, έρμα και υπόστρωμα έρματος αποτελούν την επιδομή της γραμμής, ενώ υπόβαση και στρώση διαμόρφωσης αποτελούν την υποδομή της γραμμής. Σχήμα 2.1 Σιδηροδρομική οδός μεταφοράς[3]

16 Το ανώτερο τμήμα της επιδομής που περιλαμβάνει τις σιδηροτροχιές, τους στρωτήρες, τους συνδέσμους και τα υλικά σύνδεσης σιδηροτροχιών -στρωτήρων καλείται «εσχάρα γραμμής».το κατώτερο τμήμα της επιδομής που περιλαμβάνει το έρμα και τις υποκείμενες στρώσεις του, καλείται «έδραση» της γραμμής. Στα τεχνικά έργα συγκαταλέγονται οι σήραγγες και τα υπόγεια τμήματα γραμμής κατασκευασμένα με τη μέθοδο «cut and cover», οι γέφυρες, οι ανισόπεδες διαβάσεις, τα συστήματα αποστράγγισης (στραγγιστήρια, ανοικτές τάφροι), οι τοίχοι και τα έργα αντιστήριξης των εδαφών, οι αμυντικές στοές, οι οχετοί, τα ηχοπετάσματα, οι περιφράξεις κλπ. Οι εγκαταστάσεις διακρίνονται σε: - εγκαταστάσεις γραμμής στις οποίες περιλαμβάνονται οι ισόπεδες σιδηροδρομικές διαβάσεις και οι εγκαταστάσεις ηλεκτροκίνησης, σηματοδότησης και τηλεπικοινωνιών - λειτουργικές εγκαταστάσεις στις οποίες περιλαμβάνονται οι σταθμοί, τα «εργοστάσια» επισκευής και συντήρησης οχημάτων, τα αμαξοστάσια, οι εγκαταστάσεις καθαρισμού οχημάτων και οι λοιπές κτιριακές εγκαταστάσεις (κτίρια διοίκησης, αποθηκευτικοί χώροι κλπ.) 2.3 Το τροχαίο υλικό Με τον όρο σιδηροδρομικό τροχαίο υλικό νοούνται όλα τα οχήματα, έλκοντα και ελκόμενα, που κινούνται πάνω στις σιδηροτροχιές. Τα έλκοντα οχήματα διαθέτουν αυτόνομη κίνηση, είναι δηλαδή εφοδιασμένα με κινητήρες. Τα οχήματα αυτά ή εξυπηρετούν αποκλειστικά την έλξη των ελκόμενων οχημάτων και ονομάζονται «κινητήρια οχήματα» (ή συρμοκινητήρες), ή επιτρέπουν συγχρόνως και τη μεταφορά περιορισμένου σχετικά αριθμού επιβατών και ονομάζονται «αυτοκινητάμαξες».[1] Ανάλογα με την πηγή ενέργειας με την οποία κινούνται κατατάσσονται σε τέσσερις κατηγορίες: ατμάμαξες, ντηζελάμαξες, αεριοστροβιλάμαξες, ηλεκτράμαξες. Τα ελκόμενα (ή φερόμενα) οχήματα δε διαθέτουν αυτόνομη έλξη. Εξυπηρετούν τη μεταφορά προσώπων ή αγαθών. Διακρίνονται σε επιβατικά και εμπορικά οχήματα. Κάθε σιδηροδρομικό όχημα, ελκόμενο ή κινητήριο, αποτελείται από τρία βασικά μέρη: το αμάξωμα (ή κιβώτιο) τα φορεία τους άξονες. Αμάξωμα Αμάξωμα ή κιβώτιο καλείται το τμήμα του οχήματος που βρίσκεται πάνω από το πλαίσιο των φορείων(σχήμα 2.2). Στο αμάξωμα επιβιβάζονται οι επιβάτες που ταξιδεύουν (επιβατικά οχήματα), τοποθετούνται τα εμπορεύματα που μεταφέρονται (εμπορικά οχήματα) ή προσαρμόζονται ο θάλαμος οδήγησης και το σύστημα έλξης (έλκοντα οχήματα). Η διαμόρφωση του αμαξώματος εξαρτάται άμεσα από τη λειτουργικότητα του οχήματος.

17 Σχήμα 2.2 Κύρια μέρη σιδηροδρομικού οχήματος (έλκον όχημα): αμάξωμα φορεία άξονες[1] Φορεία Τα φορεία αποτελούν τη βάση πάνω στην οποία τοποθετείται το αμάξωμα. Σε συνεργασία με τους άξονες επιτρέπουν την ομαλή εγγραφή των οχημάτων στις στροφές και εξασφαλίζουν την ευσταθή τους κίνηση στις ευθυγραμμίες. Μεταφέρουν τα κατακόρυφα φορτία από το αμάξωμα στους άξονες και βοηθούν στην καλύτερη διανομή των δυνάμεων στις σιδηροτροχιές. Τέλος,περιορίζουν τις κατακόρυφες και εγκάρσιες ταλαντώσεις του οχήματος εξασφαλίζοντας ένα ανεκτό επίπεδο δυναμικής άνεσης στους επιβάτες. Τα σύγχρονα ελκόμενα οχήματα διαθέτουν συνήθως δύο φορεία. Κάθε φορείο μπορεί να έχει δύο άξονες (διαξονικό φορείο) ή τρεις άξονες (τριαξονικό φορείο). Άξονες Οι άξονες έχουν σαν αποστολή τη μεταβίβαση των φορτίων στις σιδηροτροχιές και την εξασφάλιση της ομαλής κύλισης του οχήματος στις ευθείες και στις στροφές. Αποτελούνται από τρία κύρια στοιχεία: το σώμα του άξονα, τους δύο τροχούς και τα λιποκιβώτια ή τους ένσφαιρους τριβείς. Στα ελκόμενα οχήματα, σε αντίθεση με τα έλκοντα, όλοι οι άξονες είναι φερόμενοι. Σύνδεση μερών σιδηροδρομικού οχήματος Καθένα από τα τρία βασικά μέρη του ελκόμενου οχήματος δηλαδή το αμάξωμα, τα φορεία και οι άξονες έχει έξι βαθμούς ελευθερίας (τρεις μετακινήσεις και τρεις στροφές) και συνδέεται με τα άλλα με ένα σύστημα ελαστικών συνδέσεων και αποσβεστήρων δημιουργώντας ανάρτηση σε δύο επίπεδα (αμάξωμα-φορεία: δευτερεύουσα ανάρτηση, φορεία-άξονες: πρωτεύουσα ανάρτηση). Η ελαστική σύνδεση φορείου - αμαξώματος και φορείου - αξόνων μπορεί να γίνει με διάφορες τεχνολογίες και υλικά (ελικοειδή ελατήρια, φύλλα καουτσούκ, φυλλοειδή ελατήρια, στρώματα πεπιεσμένου αέρα κτλ). Το αμάξωμα είναι εξοπλισμένο με ένα σύνολο εγκαταστάσεων και εξαρτημάτων που προσφέρουν για μεν τα επιβατικά οχήματα, στον επιβάτη άνεση κατά τη διάρκεια του ταξιδιού (καθίσματα, κουκέτες, εγκαταστάσεις φωτισμού, κλιματισμού και υγιεινής), για δε τα εμπορικά οχήματα, ασφαλή τοποθέτηση και

18 μεταφορά των εμπορευμάτων. Αντίστοιχα τα φορεία και οι άξονες είναι εφοδιασμένα με ένα σύνολο διατάξεων και συσκευών (σύστημα μετάδοσης κίνησης, σύστημα τροχοπέδησης κτλ) που εξασφαλίζουν την ομαλή πορεία των οχημάτων. 2.4 Η σιδηροδρομική εκμετάλλευση Με τον όρο σιδηροδρομική εκμετάλλευση νοείται το σύνολο των δραστηριοτήτων μέσω των οποίων μια σιδηροδρομική επιχείρηση εξασφαλίζει την κυκλοφορία του τροχαίου υλικού που διαθέτει, στη σιδηροδρομική υποδομή. Η σιδηροδρομική εκμετάλλευση διακρίνεται σε τεχνική και εμπορική.[1] Στις δραστηριότητες της τεχνικής εκμετάλλευσης περιλαμβάνονται κυρίως: - παραγωγή και η χάραξη δρομολογίων, - παραγωγή κανονισμών, εγχειριδίων, διατάξεων κλπ., - η ρύθμιση και ο έλεγχος της κυκλοφορίας, - η κατανομή χωρητικότητας. - η επάνδρωση των σταθμών και των συρμών. Στις δραστηριότητες της εμπορικής εκμετάλλευσης περιλαμβάνονται κυρίως: - ο καθορισμός των κομίστρων για τη μεταφορά των επιβατών και των εμπορευμάτων και γενικότερα θέματα τιμολογιακής πολιτικής, - θέματα marketing, - η γενικότερη οργάνωση και διαχείριση των επιβατικών και εμπορευματικών μεταφορών. Για την υλοποίηση των παραπάνω δραστηριοτήτων απαιτούνται ειδικές λειτουργικές εγκαταστάσεις (π.χ. σταθμοί, αποθηκευτικοί χώροι) και χρησιμοποιούνται διάφορα τεχνικά μέσα (π.χ. εξοπλισμός σταθμών), λειτουργικά εργαλεία (π.χ. λογισμικά, εφαρμογές τηλεματικής), και τεχνικοί κανόνες και πρότυπα (π.χ. κανονισμοί, τεχνικά σημειώματα, τεχνικές οδηγίες κλπ.). Για την ομαλή λειτουργία του σιδηροδρομικού συστήματος απαραίτητη προϋπόθεση αποτελεί η σωστή συντήρηση του. Η συντήρηση χαρακτηρίζεται σαν «οριζόντια δραστηριότητα», καθώς αφορά και τις τρεις συνιστώσες του συστήματος. 2.5 Ασκούμενες δυνάμεις στο σιδηρόδρομο Οι δυνάμεις που δρουν στο σιδηρόδρομο διακρίνονται σε κατακόρυφες, εγκάρσιες και διαμήκεις. Ασκούνται από το τροχαίο υλικό στη γραμμή μέσω των τροχών των οχημάτων. Οι κατακόρυφες δυνάμεις ασκούνται αρχικά στην επιφάνεια κύλισης των σιδηροτροχιών και στη συνέχεια, μέσω των διαφόρων ελαστικών στοιχείων της σιδηροδρομικής οδού μεταφοράς μεταδίδονται μέχρι την υπόβαση. Οι κατακόρυφες δυνάμεις προκαλούν τη μηχανική επιπόνηση της επιδομής και της υποδομής και είναι κρίσιμες για τη διαστασιολόγησή τους. Πιο συγκεκριμένα, με βάση την κατακόρυφη επιπόνηση γίνεται η επιλογή των σιδηροτροχιών, του τύπου και της απόστασης μεταξύ των στρωτήρων, των συνδέσμων αλλά

19 και η διαστασιολόγηση των ελαστικών υποθεμάτων,της έδρασης και της υποδομής. Τέλος, τα κατακόρυφα φορτία παίζουν σημαντικό ρόλο στο ρυθμό ανάπτυξης των φθορών στη γραμμή και το τροχαίο υλικό.[2],[4] Οι εγκάρσιες δυνάμεις μεταβιβάζονται από τους τροχούς αρχικά στις σιδηροτροχιές, είτε μόνο μέσω της επιφάνειας κύλισης των τροχών επί των σιδηροτροχιών( όταν δεν υπάρχει επαφή ονύχων σιδηροτροχιών), είτε μέσω και των ονύχων των τροχών(όταν υπάρχει επαφή).στη συνέχεια, τα φορτία μεταδίδονται μέσω των στοιχείων της εσχάρας γραμμής στην έδραση. Οι εγκάρσιες δυνάμεις συνδέονται άμεσα με την ασφάλεια της κίνησης του συρμού και είναι δυνατόν υπό ορισμένες συνθήκες να προκαλέσουν το φαινόμενο του εκτροχιασμού. Οι διαμήκεις δυνάμεις ασκούνται αρχικά στην επιφάνεια κύλισης των τροχών και στη συνέχεια μεταφέρονται στην έδραση της γραμμής. Στην εργασία αυτή θα ασχοληθούμε πέραν των διαμήκων δυνάμεων που αποτελούν φορτία και με τις δυνάμεις που ευθύνονται για την κίνηση των συρμών που ασκούνται στην ίδια διεύθυνση με τις πρώτες. Κατά βάση, οι διαμήκεις δυνάμεις-φορτία έχουν σημασία κατά τη διαστασιολόγηση των τεχνικών έργων αλλά είναι δυνατόν να προκαλέσουν και προβλήματα στην ασφάλεια της κίνησης Εγκάρσιες δυνάμεις Στην εργασία αυτή γίνεται διαχωρισμός των εγκάρσιων δυνάμεων σε «εσωτερικές» και «εξωτερικές» για την ευκολία κατανόησης της φύσης τους και των επιπτώσεών τους. «Εσωτερικές» δυνάμεις στο σιδηροδρομικό σύστημα είναι αυτές που προκαλούνται από την αλληλεπίδραση τροχού - σιδηροτροχιάς. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι δυνάμεις βαρύτητας ή επαναφοράς, οι δυνάμεις καθοδήγησης, οι δυνάμεις ψευδοολίσθησης και οι δυνάμεις που οφείλονται στις ταλαντώσεις του οχήματος. Οι δυνάμεις ψευδοολίσθησης διακρίνονται σε εγκάρσιες και διαμήκεις. Με δεδομένο ότι ενεργοποιούνται ταυτόχρονα και επηρεάζουν την εγκάρσια συμπεριφορά των οχημάτων, εξετάζονται και οι δυο στις εγκάρσιες δυνάμεις. «Εξωτερικές» δυνάμεις είναι όλες οι υπόλοιπες δυνάμεις. Οφείλουν την ύπαρξή τους όχι στην αλληλεπίδραση τροχού - σιδηροτροχιάς αλλά σε άλλα αίτια εξωτερικά του συστήματος, όπως άνεμος, κίνηση σε καμπύλη με ανεπάρκεια ή πλεόνασμα υπερύψωσης.στην κατηγορία αυτή ανήκουν η παραμένουσα φυγόκεντρη δύναμη και η δύναμη πλευρικού ανέμου. Η καθεμιά από τις παραπάνω αναφερθείσες δυνάμεις προκαλεί από μόνη της κάποια προβλήματα σε μία ή σε περισσότερες συνιστώσες του σιδηροδρομικού συστήματος. Όλες μαζί συνιστούν τη συνολική εγκάρσια δύναμη που μεταφέρεται μέσω των τροχών στη σιδηροτροχιά και στη συνέχεια, σε όλα τα υπόλοιπα στοιχεία της. Για να γίνει κατανοητός ο τρόπος εμφάνισης των εσωτερικών εγκάρσιων δυνάμεων είναι σκόπιμο να εξεταστεί συνοπτικά η κίνηση ενός μεμονωμένου σιδηροδρομικού άξονα τόσο στην ευθυγραμμία, όσο και στα καμπύλα οριζοντιογραφικά τμήματα της γραμμής. Κίνηση σε ευθυγραμμία [1] Θεωρούμε ένα συμβατικό σιδηροδρομικό άξονα κεντρωμένο στη γραμμή που κινείται με σταθερή ταχύτητα V σε ευθυγραμμία. Αν για κάποιο λόγο (σφάλματα γραμμής, ασυμμετρία τροχών, εξωτερικές δυνάμεις κτλ.) ο άξονας μετατοπιστεί εγκάρσια ως προς τη θέση αρχικής

20 ισορροπίας, τότε οι δύο τροχοί λόγω της κατατομής τους κυλίονται με διαφορετικές ακτίνες. Έτσι, στην περίπτωση του σχήματος 2.3 θα ισχύει r 2 > r 0 > r 1. Λόγω της στερεάς σύνδεσης των τροχών με το σώμα του άξονα, οι δύο τροχοί έχουν την ίδια γωνιακή ταχύτητα ω και συνεπώς θα ισχύει : ω r 2 > ω r 0 > ω r 1 = > V 2 > V > V 1 (V 1, V 2 oι σχετικές ταχύτητες των δύο τροχών). Ο τροχός ο οποίος κινείται με μεγαλύτερη σχετική ταχύτητα (τροχός 2) θα περάσει μπροστά από τον άλλο (τροχός 1) και λόγω της στερεάς σύνδεσης των τροχών θα προκαλέσει στροφή του άξονα ως προς τον κατακόρυφο άξονα y 0. Λόγω της ταυτόχρονης κύλισης του άξονα προς τα εμπρός, η ακτίνα κύλισης r 2 του τροχού 2 συνεχώς μικραίνει ενώ η ακτίνα κύλισης r 1 του τροχού 1 συνεχώς μεγαλώνει. Όταν συμβεί r 1 > r 2 ο τροχός 1 αρχίζει να περνά μπροστά από τον τροχό 2 και το φαινόμενο επαναλαμβάνεται. Σχήμα 2.3 Κίνηση άξονα σε ευθυγραμμία Οφιοειδής κίνηση Η κίνηση αυτή του συμβατικού σιδηροδρομικού άξονα είναι γνωστή σαν οφιοειδής ή λοξοειδής κίνηση και μελετήθηκε για πρώτη φορά από τον Klingel το Στην πραγματικότητα η κίνηση ενός σιδηροδρομικού άξονα και ιδίως ενός πλήρους οχήματος (αμάξωμα και φορεία) είναι πιο σύνθετη. Λόγω της ταυτόχρονης κίνησης του άξονα με σταθερή ταχύτητα V, όταν η διεύθυνση κύλισης των τροχών δε συμπίπτει με τη διεύθυνση μετατόπισης του οχήματος, δημιουργούνται στην επιφάνεια επαφής τροχού-σιδηροτροχιάς δυνάμεις τριβής (δυνάμεις ψευδοολίσθησης), οι οποίες αλλοιώνουν την περιγραφείσα παραπάνω κινηματική συμπεριφορά και προσδίδουν στον άξονα δυναμική συμπεριφορά. Στις πολύ μικρές ταχύτητες, ο φυσικός αυτός μηχανισμός εξασφαλίζει την ευστάθεια των οχημάτων. Στις μεγάλες όμως ταχύτητες δημιουργούνται ταλαντώσεις μεγάλου εύρους και η κίνηση γίνεται ασταθής. Στην περίπτωση αυτή η ευστάθεια των οχημάτων εξασφαλίζεται χάρις στη διαμήκη ελαστική σύνδεση φορείων αξόνων (πρωτεύουσα ανάρτηση) η οποία περιορίζει το εύρος των ταλαντώσεων. Στην περίπτωση που οι εγκάρσιες μετατοπίσεις των τροχών υπερβούν το προβλεπόμενο διάκενο μεταξύ εσωτερικής παρειάς σιδηροτροχιάς - εξωτερικής παρειάς τροχού, η διατήρηση της κύλισης των τροχών επί τωνσιδηροτροχιών εξασφαλίζεται από την παρουσία των ονύχων.

21 Κίνηση σε καμπύλες[1] Θεωρούμε τη διάταξη του σχήματος 2.4. Ο άξονας κατά την είσοδο του στη γραμμή, προσπαθώντας να βρει μια θέση ισορροπίας, μετατοπίζεται κατά y 0 προς το εξωτερικό της καμπύλης. Λόγω της κωνικής μορφής των τροχών η αρχική ακτίνα κύλισης r 0 των δύο τροχών μεταβάλλεται σε r 1 και r 2 για τον εξωτερικό και τον εσωτερικό τροχό αντίστοιχα. Η ακτίνα κύλισης του εξωτερικού τροχού είναι μεγαλύτερη, ισχύει δηλαδή η ανισότητα r 1 > r 2 και κατ' επέκταση V 1 > V 2. Λόγω της στερεάς σύνδεσης των τροχών, ο άξονας τείνει να στρίψει μόνος του προς το εσωτερικό της καμπύλης, αναζητώντας μια αξονική τοποθέτηση μέσα στην καμπύλη (οι δύο τροχοί διανύουν άνισα διαστήματα). Σχήμα 2.4 Κίνηση μεμονωμένου σιδηροδρομικού άξονα σε καμπύλη Όπως και στην περίπτωση της κίνησης σε ευθυγραμμία, όταν η εγκάρσια μετατόπιση του άξονα υπερβεί το διάκενο μεταξύ εσωτερικής παρειάς σιδηροτροχιάς - εξωτερικής παρειάς τροχού δηλ. y 0 > σ, η διατήρηση της κύλισης των τροχών επί των σιδηροτροχιών εξασφαλίζεται με την παρουσία των ονύχων. Η επαφή των ονύχων με τη σιδηροτροχιά δημιουργεί μια εγκάρσια δύναμη, τη δύναμη καθοδήγησης. Η κίνηση που περιγράφτηκε παραπάνω αντιστοιχεί σε έναν μεμονωμένο άξονα. Η εγγραφή των σιδηροδρομικών φορείων είναι πιο σύνθετη και η τοποθέτηση των αξόνων επηρεάζεται από τις κινήσεις των φορείων και του αμαξώματος. Ωστόσο, ο μηχανισμός εγγραφής των αξόνων παραμένει ο ίδιος Διαμήκεις δυνάμεις Οι διαμήκεις δυνάμεις που εμφανίζονται στο σιδηρόδρομο είναι διαφόρων φύσεων. Υπάρχουν δυνάμεις που σχετίζονται αποκλειστικά με την κίνηση του συρμού και άλλες που οφείλονται σε εξωτερικούς παράγοντες. Στις πρώτες συμπεριλαμβάνονται οι δυνάμεις έλξης, πέδησης και επιτάχυνσης, η δύναμη πρόσφυσης και οι δυνάμεις όδευσης των σιδηροτροχιών, ενώ στις δεύτερες οι δυνάμεις λόγω θερμοκρασιακών μεταβολών.

22 Οι δυνάμεις έλξης, επιτάχυνσης και πέδησης σχετίζονται με τα ελκτικά στοιχεία του συρμού(ισχύς κινητήρων, δύναμη έλξης στα επίσωτρα, πρόσφυση, αντιστάσεις κίνησης) και το σύστημα πέδησης. Η δύναμη πρόσφυσης εξαρτάται από το βάρος των κινητήριων τροχών των συρμών και από την κατάσταση της επιφάνειας επαφής τροχού σιδηροτροχιάς (συντελεστής τριβής). Η δύναμη πρόσφυσης,η δύναμη έλξης στα επίσωτρα και η αντίσταση κατά την κίνηση των συρμών καθορίζουν τη συνθήκη κύλισης των συρμών (δύναμη πρόσφυσης > δύναμη έλξης στα επίσωτρα > αντίσταση κίνησης συρμού). Τέλος, οι δυνάμεις θερμοκρασιακών μεταβολών και οι δυνάμεις όδευσης των σιδηροτροχιών προκαλούν σφάλματα στη γραμμή.

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΕΓΚΑΡΣΙΩΝ ΔΥΝΑΜΕΩΝ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ 3.1 Δύναμη βαρύτητας S p Ορισμός Η δύναμη βαρύτητας αποτελεί εσωτερική δύναμη και ασκείται στον κάθε τροχό του σιδηροδρομικού οχήματος σαν αντίδραση της σιδηροτροχιάς.στη συνέχεια,αναλύεται πώς προκύπτουν οι τύποι υπολογισμού της και οι παράγοντες που την επηρεάζουν.[1] Το επίπεδο επαφής τροχού-σιδηροτροχιάς λόγω της κωνικότητας των τροχών, σχηματίζει γωνία γ 0 με το οριζόντιο επίπεδο(σχ.3.1). Με δεδομένο τα παραπάνω σε κάθε τροχό, στο σημείο επαφής τροχού - σιδηροτροχιάς, η αντίδραση R 0 αναλύεται σε δύο συνιστώσες Q 0 και Sp 0 (Σχ.3.1). Η Q 0 εξουδετερώνεται από το βάρος ανά τροχό. Η εγκάρσια συνιστώσα Sp 0 που παραμένει ονομάζεται δύναμη βαρύτητας ή επαναφοράς. Οφείλεται αποκλειστικά στην κωνικότητα των τροχών και τείνει να ωθήσει τον τροχό προς το εσωτερικό της γραμμής. Θεωρείται δύναμη δυναμική και έχει μέτρο ίσο με Q 0 εφγ 0, όπου γ 0 η γωνία που σχηματίζει με το οριζόντιο επίπεδο, το εφαπτόμενο επίπεδο στο σημείο επαφής Ι 0. Σχήμα 3.1 Δύναμη βαρύτητας Sp 0 στο επίπεδο του ενός τροχού Στην περίπτωση ενός άξονα έχουμε δύο δυνάμεις επαναφοράς μία για κάθε τροχό (Sp i, j = 1,2). Σχήμα 3.2 Δυνάμεις βαρύτητας στο επίπεδο του σιδηροδρομικού άξονα

24 Αν "y" είναι η εγκάρσια μετατόπιση ενός άξονα σύμφωνα με το σχήμα 3.2 έχουμε: Sp 1 = Q 1 εφγ 1 = Q 1 γ 1 (3.1) Sp 2 = Q 2 εφγ 2 = Q 2 γ 2 (3.2) Όπου: Q 1, Q 2 η κατακόρυφη συνιστώσα των αντιδράσεων R 1 και R 2 στα σημεία επαφής Ι 1 και Ι 2 αντίστοιχα γ 1, γ 2 οι γωνίες που σχηματίζουν με το οριζόντιο επίπεδο τα εφαπτόμενα επίπεδα στα σημεία επαφής Ι 1 και Ι 2 αντίστοιχα (επειδή γ 1, γ 2 είναι πολύ μικρές, ισχύει εφγ 1 = εφγ 2 = γ 1,2 ). Λαμβάνοντας υπόψη τα αποτελέσματα της μελέτης της γεωμετρίας επαφής τροχού σιδηροτροχιάς δηλ. τις σχέσεις:[5] γ 1 = γ 0 + [1/(R-R )] (e 0 +Rγ 0 /e 0 -r 0 γ 0 ) y (3.3) γ 2 = - γ 0 + [1/(R-R )] (e 0 +Rγ 0 /e 0 -r 0 γ 0 ) y (3.4) γ e = R γ 0 / R-R (3.5) όπου R και R η ακτίνα καμπυλότητας του επισώτρου των τροχών και η ακτίνα καμπυλότητας της σιδηροτροχιάς αντίστοιχα, και θεωρώντας (e 0 +Rγ 0 /e 0 -r 0 γ 0 ) = 1 οι σχέσεις 3.3, 3.4 γράφονται : γ 1 = γ 0 + y/(r-r ) = γ 0 + γ e y/ Rγ 0 (3.6) γ 2 = - γ 0 + y/(r-r ) = - γ 0 + γ e y/ Rγ 0 (3.7) Αντικαθιστώντας τις σχέσεις 3.6 και 3.7 στις σχέσεις 3.1 και 3.2 προκύπτουν οι δυνάμεις βαρύτητας που ασκούνται σε κάθε τροχό : S p1 = Q 1 (γ 0 + γ e y/ Rγ 0 ) (3.8) S p2 = Q 2 (- γ 0 + γ e y/ Rγ 0 ) (3.9) Θεωρώντας ίσα βάρη σε κάθε τροχό(q 1 =Q 2 =Q 0 ), η συνολική δύναμη βαρύτητας ή επαναφοράς είναι: S p = S P1 + S p2 = 2Q 0 γ e y/r γ 0 (3.10) Αν λάβουμε υπόψη τη σχέση (3.5), η σχέση (3.10) γίνεται: S p = 2Q 0 y/(r-r ) (3.11) Από τις σχέσεις (3.10) και (3.11) μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η συνολική δύναμη βαρύτητας είναι ανάλογη της μετατόπισης "y" του κέντρου βάρους G 0 του άξονα. Αν δηλαδή για οποιονδήποτε λόγο μετατοπιστεί ο άξονας εγκάρσια, τότε η δύναμη βαρύτητας τείνει να τον επαναφέρει στην αρχική του θέση ισορροπίας (Για y = 0, Sp = 0). Η δύναμη βαρύτητας ή επαναφοράς Sp οφείλεται στην ειδική κατασκευή των σιδηροδρομικών τροχών. Στην περίπτωση κωνικών τροχών (εγκάρσια διατομή τριγωνική) η

25 συνολική δύναμη βαρύτητας είναι μηδενική (R =, γ e = γ 0,γ 1 +γ 2 = 0, Sp=0). Το ίδιο συμβαίνει και στην περίπτωση κυλινδρικών τροχών (εγκάρσια διατομή ορθογωνική) (R=, γ 0 = 0, Sp=0). Από τις σχέσεις που μας δίνουν τη συνολική δύναμη βαρύτητας συμπεραίνουμε ότι αυτή είναι αντιστρόφως ανάλογη της ακτίνας καμπυλότητας R του επισώτρου των τροχών και ανάλογη της ισοδύναμης κωνικότητας γ e και του βάρους ανά τροχό Q 0. Oι φθαρμένοι τροχοί (μικρές τιμές της R, μεγάλες τιμές της γ e ) δημιουργούν αυτόματα και μεγαλύτερη δύναμη βαρύτητας Επιπτώσεις από την ύπαρξη της δύναμης βαρύτητας Η παρουσία της δύναμης βαρύτητας δεν δημιουργεί προβλήματα σε καμία συνιστώσα του σιδηροδρομικού συστήματος,αντίθετα, παίζει ρόλο εξισορρόπησης σε δυνάμεις που τείνουν να διαταράξουν την ευστάθεια των οχημάτων. Γραμμή Όσον αφορά στη γραμμή, δεν προκαλεί φθορές στην επιφάνεια κύλισης των σιδηροτροχιών όπου επενεργεί, όπως φαίνεται και από τη σχέση που ακολουθεί : PS p = (S p y 0 ) (V x 0 ) = 0 (3.12) όπου PS p : x 0 : y 0 : καταναλισκόμενη ισχύς άξονας ταυτιζόμενος με τον άξονα της γραμμής άξονας κάθετος προς τον άξονα της γραμμής. Τροχαίο υλικό Όσον αφορά το τροχαίο υλικό, η συνολική δύναμη βαρύτητας ή επαναφοράς Sp είναι πάντοτε επιθυμητή, γιατί βοηθά στο μηχανισμό κέντρωσης των σιδηροδρομικών αξόνων στη γραμμή. Ειδικά στην περίπτωση που χρησιμοποιούνται φορεία με ανεξάρτητους τροχούς (τροχαίο υλικό τροχιοδρομικών δικτύων), καθώς οι διαμήκεις δυνάμεις ψευδοολίσθησης μηδενίζονται, οι δυνάμεις βαρύτητας είναι οι μόνες που επιτρέπουν την κέντρωση του άξονα στη γραμμή. Με βάση τα παραπάνω, η αύξηση της τιμής της δύναμης βαρύτητας αυξάνει την κρίσιμη ταχύτητα του οχήματος στις ευθυγραμμίες ενώ παράλληλα βοηθά να τοποθετηθούν γεωμετρικά καλύτερα οι άξονες στις στροφές. 3.2 Δυνάμεις ψευδοολίσθησης Εγκάρσιες δυνάμεις ψευδοολίσθησης Τ 1, Τ 2 Οι εγκάρσιες δυνάμεις ψευδοολίσθησης είναι εσωτερικές δυνάμεις και οφείλονται στο φαινόμενο της εγκάρσιας ψευδοολίσθησης το οποίο περιγράφεται συνοπτικά στη συνέχεια.

26 Σχήμα 3.3 Φαινόμενο εγκάρσιας ψευδοολίσθησης τροχού Θεωρούμε ένα τροχό ο οποίος υπό την επίδραση μιας ελκτικής δύναμης F ε κυλίεται επί της σιδηροτροχιάς (Σχήμα 3.3). Στο κέντρο C του τροχού ασκείται συγχρόνως μια εξωτερική εγκάρσια δύναμη F y. Υπό την επίδραση της δύναμης F y ο τροχός χωρίς να χάνει την πρόσφυση του με τη σιδηροτροχιά παραμορφώνεται ενώ συγχρόνως η διεύθυνση κύλισης σχηματίζει μια γωνία α με τη διεύθυνση μετατόπισης.[1] Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται εγκάρσια ψευδοολίσθηση και γίνεται ευκολότερα αντιληπτό στην περίπτωση κύλισης ελαστικών τροχών επί οδοστρώματος (Σχ. 3.3 β). Η γωνία α καλείται "γωνία παρέκκλισης". Όπως και στην περίπτωση της διαμήκους ψευδοολίσθησης, η διαφορά Vacty - Vroly = g y ονομάζεται αντίστοιχα εγκάρσια ταχύτητα ολίσθησης ενώ το πηλίκο: ονομάζεται εγκάρσια μειωμένη ολίσθηση. (V acty V roly ) / V acty = g y / V = v y (3.13) Στην επιφάνεια τροχού - σιδηροτροχιάς ασκείται μια εγκάρσια δύναμη Τ (Σχ. 3.2) η οποία ονομάζεται εγκάρσια δύναμη ψευδοολίσθησης και δίνεται από τη σχέση: T = -f y v y (3.14) όπου f y : συντελεστής εγκάρσιας ψευδοολίσθησης. Υπολογισμός εγκάρσιων δυνάμεων ψευδοολίσθησης Κίνηση σε ευθυγραμμία: Στην περίπτωση κίνησης ενός συμβατικού άξονα σε ευθυγραμμία, οι αναλυτικές εκφράσεις των εγκάρσιων δυνάμεων ψευδοολίσθησης δίνονται από τις σχέσεις 3.15 και 3.16 : T 1 = - c 22 [x y /V α] c 23 [α /V γ 0 /r 0 γ e y/r γ 0 r 0 ] (3.15) T 2 = - c 22 [x y /V α] c 23 [α /V + γ 0 /r 0 γ e y/r γ 0 r 0 ] (3.16) Κίνηση σε καμπύλες: Στην περίπτωση κίνησης ενός συμβατικού άξονα σε καμπύλη γραμμή, οι αναλυτικές εκφράσεις των δυνάμεων ψευδοολίσθησης δίνονται από τις σχέσεις 3.17 και T 1 = - c 22 [x y /V α] c 23 [α /V 1/R c - γ 0 /r 0 γ e y/r γ 0 r 0 ] (3.17) T 2 = - c 22 [x y /V α] c 23 [α /V 1/R c + γ 0 /r 0 γ e y/r γ 0 r 0 ] (3.18)

27 Όπου C ij (i, j = 1,2,3) είναι οι συντελεστές ψευδοολίσθησης που εξαρτώνται από τις διαστάσεις της ελλειπτικής επιφάνειας επαφής των τροχών με τις σιδηροτροχιές. Επιπλέον, ο δεύτερος όρος στις εξισώσεις 3.15 έως 3.18 αποτελεί την επιρροή της ροπής του spin στις εγκάρσιες δυνάμεις ψευδοολίσθησης Διαμήκεις δυνάμεις ψευδοολίσθησης Χ 1, Χ 2 Οι διαμήκεις δυνάμεις ψευδοολίσθησης είναι εσωτερικές δυνάμεις και οφείλονται στο φαινόμενο της διαμήκους ψευδοολίσθησης το οποίο περιγράφεται συνοπτικά στη συνέχεια. Θεωρούμε ένα τροχό ακτίνας r 0 ο οποίος υπό την επίδραση μιας ελκτικής δύναμης F ε κυλίεται με γωνιακή ταχύτητα ω επί μιας σιδηροτροχιάς (Σχ. 3.4).[1] Στο κέντρο C του άξονα περιστροφής του τροχού, ασκείται ένα κατακόρυφο φορτίο Q 0. Σχήμα 3.4 Κύλιση τροχού υπό την επίδραση ελκτικής δύναμης Ονομάζουμε: Πραγματική ταχύτητα ή ταχύτητα μετατόπισης (Vactx) την ταχύτητα του τροχού μετρούμενη επί της σιδηροτροχιάς και θεωρητική ταχύτητα κύλισης ή περιφερειακή ταχύτητα (Vrolx) την ταχύτητα του τροχού μετρούμενη επί του τροχού. Στην επιφάνεια επαφής τροχού - σιδηροτροχιάς λαμβάνουν χώρα ελαστικές παραμορφώσεις. Κοντά στο σημείο Α του επισώτρου, όπου μεταβιβάζεται η ελκτική δύναμη F ε, μια μικρή περιοχή της περιφέρειας του τροχού συρρικνώνεται ενώ μια άλλη εφελκύεται. Επειδή οι παραμορφώσεις είναι ελαστικές, το συνολικό μήκος L π της περιφέρειας του τροχού παραμένει σταθερό.- L π = 2πr 0 = ct (3.19) Λόγω των παραμορφώσεων, η ακτίνα κύλισης του τροχού που αντιστοιχεί στο σημείο Α μειώνεται (r A < r 0 ) (Σχ. 3.4). To διανυόμενο διάστημα μετρούμενο επί της σιδηροτροχιάς θα είναι: Sactx = 2πr Α n σ (3.20) ενώ μετρούμενο επί του τροχού θα είναι:

28 Srolx = 2πr 0 n σ (3.21) Όπου η σ : ο αριθμός των περιστροφών του τροχού. Μετρώντας και τα δύο διαστήματα επί της σιδηροτροχιάς, θα έχουμε Sactx < Srolx. Ο τροχός, αντί να διανύσει επί της σιδηροτροχιάς το τμήμα ΑΒ (που αντιστοιχεί σε καθαρή κύλιση), διανύει ένα μικρότερο διάστημα ΑΒ'. Για τη μετακίνηση από το Α στο Β απαιτείται επομένως ένας μεγαλύτερος αριθμός στροφών από αυτόν που αντιστοιχεί σε κίνηση με καθαρή κύλιση. Μπορούμε να αναλύσουμε το παραπάνω φαινόμενο, θεωρώντας ότι ο τροχός κινείται με καθαρή κύλιση ενώ συγχρόνως χωρίς να καταργείται η πρόσφυση τροχού - σιδηροτροχιάς ολισθαίνει αντίθετα προς τη διεύθυνση μετακίνησης με μια ταχύτητα g x (Σχ. 3.5 α). Σχήμα 3.5 Φαινόμενο διαμήκους ψευδοολίσθησης τροχού Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται διαμήκης ψευδοολίσθηση και γίνεται ευκολότερα αντιληπτό στην περίπτωση κύλισης ελαστικών τροχών επί οδοστρώματος (Σχ. 3.5β). Η διαφορά Vactx - Vrolx = g x ονομάζεται "διαμήκης ταχύτητα ολίσθησης" ενώ το πηλίκο: (Vactx Vrolx)/ Vactx= g x /V=v x (3.22) ονομάζεται διαμήκης μειωμένη ολίσθηση. Στο σημείο επαφής Α ασκείται επί της σιδηροτροχιάς μια δύναμη Χ η οποία ονομάζεται "διαμήκης δύναμη ψευδοολίσθησης" και εκφράζεται από τη σχέση (Σχ. 3.5): X=-f x v x (3.23) όπου f x : o συντελεστής διαμήκους ψευδοολίσθησης. Υπολογισμός διαμήκων δυνάμεων ψευδοολίσθησης Κίνηση σε ευθυγραμμία: Στην περίπτωση κίνησης ενός συμβατικού άξονα σε ευθυγραμμία, οι αναλυτικές εκφράσεις των διαμήκων δυνάμεων ψευδοολίσθησης δίνονται από τις σχέσεις: Χ 1 = - c 11 [ x /V e 0 α /V - γ e y/ r 0 ] (3.24) Χ 2 = - c 11 [x /V + e 0 α /V + γ e y/ r 0 ] (3.25)

29 Κίνηση σε καμπύλες: Στην περίπτωση κίνησης ενός συμβατικού άξονα σε καμπύλη γραμμή, οι αναλυτικές εκφράσεις των διαμήκων δυνάμεων ψευδοολίσθησης δίνονται από τις σχέσεις : Χ 1 = - c 11 [- γ e y/ r 0 e 0 α /V + e 0 /R c ] (3.26) Χ 2 = - c 11 [+ γ e y/ r 0 + e 0 α /V - e 0 /R c ] (3.27) Προβλήματα από την ύπαρξη των δυνάμεων ψευδοολίσθησης Γραμμή Οι δυνάμεις ψευδοολίσθησης προκαλούν φθορές στην επιφάνεια κύλισης του τροχού και της σιδηροτροχιάς, κόπωση των υλικών επαφής και θόρυβο. Τροχαίο υλικό και εκμετάλλευση Σχήμα 3.6 Δυνάμεις ψευδοολίσθησης Όπως φαίνεται από το σχήμα 3.6 οι διαμήκεις δυνάμεις ψευδοολίσθησης προκαλούν την οριζόντια στροφή του άξονα και σε συνδυασμό με τις εγκάρσιες δυνάμεις ψευδοολίσθησης, ενεργοποιούν την οφιοειδή κίνηση των αξόνων των φορείων και προκαλούν ταλαντώσεις. Η οφιοειδής κίνηση στις μικρές ταχύτητες είναι ευσταθής και εξασφαλίζει τη φυσική καθοδήγηση του άξονα (ένας μεμονωμένος σιδηροδρομικός άξονας είναι ευσταθής μέχρι μια ταχύτητα περίπου 16 m/sec). Πέρα από μια ταχύτητα η κίνηση γίνεται ασταθής δημιουργώντας ταλαντώσεις μεγάλου εύρους και δυναμικές επιπονήσεις, με αποτέλεσμα την διατάραξη της άνεσης των επιβατών, αλλά και την μη ασφαλή εν τέλει κίνηση του συρμού. Στην περίπτωση επαφής των ονύχων με τις σιδηροτροχιές το μήκος των ταλαντώσεων μειώνεται και η συχνότητα αυξάνει. Τα προβλήματα που αναφέρθηκαν και αφορούν στην μειωμένη ευστάθεια λόγω δυνάμεων ψευδοολίσθησης οδηγούν στη μείωση της κρίσιμης ταχύτητας του συρμού. Κρίσιμη ταχύτητα είναι η ταχύτητα πέρα από την οποία η κίνηση των φορείων του οχήματος χαρακτηρίζεται ως ασταθής, δεν αποσβέννυται δηλ.η οφιοειδής κίνηση των αξόνων και είναι σημαντικός δείκτης εκτίμησης της ποιότητας εκμετάλλευσης Μέτρα αντιμετώπισης Όπως φαίνεται και από τα παραπάνω, οι δυνάμεις ψευδοολίσθησης δημιουργούνται όταν υπάρχει απόκλιση μεταξύ της διεύθυνσης κύλισης των τροχών και της διεύθυνσης

30 μετατόπισης του άξονα. Αυτό συμβαίνει όταν υπάρχει απόκλιση (εγκάρσια μετατόπιση y ή γωνία παρέκκλισης α) του άξονα από τη θέση αρχικής ισορροπίας. Επομένως, η αντιμετώπιση του φαινομένου θα πρέπει να εστιαστεί αρχικά στους παράγοντες που προκαλούν την απόκλιση αυτή. Τέτοιοι παράγοντες είναι τα γεωμετρικά σφάλματα γραμμής τα οποία είτε προϋπάρχουν και οφείλονται στην κακή στρώση της γραμμής, είτε δημιουργούνται κατά τη διάρκεια λειτουργίας της γραμμής. Διορθώνοντας τα γεωμετρικά σφάλματα γραμμής επεμβαίνουμε ουσιαστικά στην πηγή που προκαλεί τις δυνάμεις ψευδοολίσθησης. Ένας άλλος τρόπος αντιμετώπισης έγκειται στο να επέμβουμε στο τροχαίο υλικό και συγκεκριμένα στα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά των φορείων. Ειδικότερα : Στο προφίλ των τροχών Στις ακαμψίες των ελατηρίων της πρωτεύουσας ανάρτησης Στο διαξόνιο των φορείων Στην ίδια την τεχνολογία των φορείων Στη συνέχεια, ακολουθεί μια εκτενέστερη περιγραφή στον τρόπο αντιμετώπισης της εμφάνισης και του μέτρου επιρροής των δυνάμεων ψευδοολίσθησης στην κίνηση των συρμών σε αντιστοιχία με τους παράγοντες που τις επηρεάζουν. Γραμμή Όσον αφορά στη γραμμή, η ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων της αποτελεί έναν από τους σημαντικούς παράγοντες περιορισμού των αρνητικών επιδράσεων των δυνάμεων ψευδοολίσθησης, όπως αναφέρθηκε και παραπάνω τα σφάλματα γραμμής αποτελούν τη βασική αιτία ενεργοποίησης της οφιοειδούς κίνησης των αξόνων επί της γραμμής και χαρακτηρίζουν σε μεγάλο βαθμό την ποιότητα κύλισης της επιδομής και την ασφάλεια της κυκλοφορίας. Με τον όρο «σφάλμα γραμμής» νοείται η απόκλιση που παρουσιάζει η «πραγματική» γεωμετρική θέση των σιδηροτροχιών από τη θέση που αντιστοιχεί στην «ιδανική» τοποθέτησή τους επί της επιδομής. Σαν «ιδανική» τοποθέτηση θεωρείται αυτή για την οποία το «σφάλμα» γραμμής είναι μηδενικό.[1] Έτσι, είναι αναγκαίο, κατά πρώτο λόγο, η γραμμή να κατασκευάζεται με κατά το δυνατόν λιγότερα σφάλματα. Θα πρέπει η κατασκευή να γίνεται προσεκτικά και να ακολουθεί όσο γίνεται πιστότερα την μελέτη εφαρμογής. Επιπλέον, υπό την επίδραση των φορτίων η γεωμετρία της γραμμής χειροτερεύει. Αυτό οδηγεί στην αυξημένη ανάγκη για εργασίες βελτίωσης της ποιότητας της γραμμής, τη λήψη προσωρινών μέτρων μείωσης της ταχύτητας διέλευσης και αυξημένες εργασίες συντήρησης προκειμένου να εξαλειφθούν κατά το δυνατόν τα σφάλματα της γραμμής. Στη συνέχεια, γίνεται αναφορά στους τύπους σφαλμάτων γραμμής οι οποίοι απαντώνται στο σιδηρόδρομο και χρήζουν ιδιαίτερης προσοχής.

31 Τύποι Σφαλμάτων Γραμμής Οι κυριότεροι τύποι σφαλμάτων γραμμής με βάση τους ορισμούς της UIC είναι (σχήμα 3.7 έως 3.10): [3],[6] 1. Το κατά μήκος υψομετρικό σφάλμα NL αναφέρεται για κάθε μια σιδηροτροχιά και οφείλεται κυρίως στις καθιζήσεις της υποδομής. Καθορίζει (μαζί με το εγκάρσιο υψομετρικό σφάλμα) το κόστος συντήρησης. Μετράται σε mm. 2. Το εγκάρσιο υψομετρικό σφάλμα NT ή σφάλμα υπερύψωσης που ορίζεται στις μεν καμπύλες ως η διαφορά ανάμεσα στη θεωρητική τιμή της κανονικής υπερύψωσης και στην πραγματική της τιμή, στις δε ευθυγραμμίες ως η υψομετρική διαφορά μεταξύ των δυο σιδηροτροχιών. Μετράται σε mm. 3. Η απόκλιση του εύρους γραμμής DE από τις τιμές που προδιαγράφει ο κανονισμός επιδομής γραμμής ενός δικτύου και η οποία εξαρτάται κυρίως από τις εγκάρσιες δυνάμεις που ασκούνται επί της γραμμής και από την αποτελεσματικότητα των συνδέσμων. Μετράται σε mm. 4. Η στρεβλότητα G της γραμμής. Στην ευθυγραμμία καθώς και στο κυκλικό τμήμα της καμπύλης (όπου η κανονική υπερύψωση είναι σταθερή), τέσσερα (4) σημεία της γραμμής που ανήκουν σε δύο εγκάρσιες τομές στις θέσεις δύο στρωτήρων (Σχήμα 3.11), πρέπει να βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Η στρεβλότητα ορίζεται ως η απόκλιση ενός σημείου από το επίπεδο που ορίζουν τα άλλα τρία. Μετράται σε mm/m. 5. Όδευση της γραμμής, καλείται η κατά μήκος της γραμμής μετακίνηση των σιδηροτροχιών λόγω των οριζοντίων δυνάμεων που αναπτύσσονται κατά την κυκλοφορία των συρμών. Μετράται σε mm. 6. Στρέβλωση της γραμμής καλείται ο λυγισμός των σιδηροτροχιών κατά την εγκάρσια διεύθυνση (Σχήμα 3.10). Μετράται σε mm. Σχήμα 3.7 Κατά μήκος υψομετρικό σφάλμα[1], [3]

32 Σχήμα 3.8 Εγκάρσιο υψομετρικό σφάλμα Σχήμα 3.9 Στρέβλωση ή λυγισμός Σχήμα 3.10 Στρεβλότητα γραμμής[6] Στη συνέχεια, παρουσιάζονται στον πίνακα 3.1, τα όρια των μεμονωμένων γεωμετρικών σφαλμάτων γραμμής σύμφωνα με τον Κανονισμό Επιδομής του Ελληνικού Σιδηροδρομικού Δικτύου. Είναι σκόπιμο να παρατηρήσουμε ότι όσο αυξάνει η ταχύτητα τόσο τα επιτρεπόμενα όρια είναι χαμηλότερα.