Σχεδιασμός και Λειτουργία Σιδηροδρομικών Συστημάτων

Transcript

1 Σχεδιασμός και Λειτουργία Σιδηροδρομικών Συστημάτων Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Δρ. Αθανάσιος Γαλάνης Πολιτικός Μηχανικός MSc, PhD

2 Περιγραφή Περιγραφή Μαθήματος: Προπτυχιακό Τομέας: Συγκοινωνιακός Εξάμηνο: 9 ο Ώρες διδασκαλίας: 4 / εβδομάδα Παρασκευή, 14:00-18:00 Θεωρία & Ασκήσεις Θέμα: Προαιρετικό ατομικό ή ομαδικό (20%) στο αντικείμενο της παρουσίασης μελετών περίπτωσης συστημάτων σιδηροδρομικών μεταφορών σε ελληνικό ή διεθνές επίπεδο. Γραπτές εξετάσεις (80% ή 100%)

3 Προτεινόμενη βιβλιογραφία Συστήματα Σιδηροδρομικών Μεταφορών: Υποδομή, τροχαίο υλικό, εκμετάλλευση, Πυργίδης, Χ., Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη, Δράσεις στη Σιδηροδρομική Γραμμή, Γιαννακός, Κ., Εκδόσεις Παπαζήση, Αθήνα, Railway Management and Engineering, 4th Edition, Profillidis, V.A., Ashgate-Publishing Group, Aldershot Brookfield USA, Hong Kong, Singapore, Sydney, Railway Engineering, 2nd Edition, Profillidis, V.A., Ashgate- Publishing Group, Aldershot Brookfield USA, Hong Kong, Singapore, Sydney, Modern Railway Track, 2nd Edition, C. Esveld, MRT-Productions, The Netherlands, Railway Engineering, Satish Chandra, M.M. Agarwal, Oxford University Press, 2007.

4 Εισαγωγή Σιδηρόδρομος Αποτελείται από «σιδηρές» «τροχιές» (σιδηροτροχιές). Τοποθετημένες επί εγκάρσιων διαδοκίδων (στρωτήρες). Σε σταθερή απόσταση μεταξύ τους (σταθερή τροχιά). Αποτελώντας τη γραμμή επί της οποίας κυλίουν οχήματα που μεταφέρουν πρόσωπα και αγαθά.

5 Εισαγωγή Ο σιδηρόδρομος αποτελεί μέσο χερσαίων μεταφορών, στο οποίο οχήματα με τροχούς φέροντες «όνυχες» κινούνται πάνω σε δυο παράλληλες χαλύβδινες σιδηροτροχιές ή «γραμμές», είτε αυτοκινούμενα, είτε ελκόμενα από κινητήρια μονάδα.

6 Εισαγωγή Η λειτουργία του σιδηροδρόμου βασίζεται στην αρχή ότι οι χαλύβδινοι τροχοί, κυλιόμενοι επί χαλύβδινων σιδηροτροχιών, έχουν πολύ μικρή τριβή κύλισης και απαιτούν σχετικώς μικρή κινητήρια δύναμη για να μετακινήσουν ένα βαρύ φορτίο. Το χαρακτηριστικό αυτό της ελεύθερης κύλισης παρέχει στους σιδηροδρόμους σχέση ισχύος περίπου ενός ίππου ανά μικτό ελκόμενο τόνο. Τα αντίστοιχα οδικά μέσα μεταφοράς φορτίων (φορτηγά μετά ρυμουλκούμενου) απαιτούν ισχύ περίπου δέκα ίππων ανά μικτό ελκόμενο τόνο. Οι σιδηρόδρομοι παρέχουν σε σχέση με τα αντίστοιχα οδικά μέσα, πλεονέκτημα 10 προς 1, όσον αφορά την οικονομία καυσίμων και την παραγωγικότητα της εργασίας.

7 Πρώιμοι σιδηρόδρομοι Σιδηρόδρομοι κατασκευάστηκαν για πρώτη φορά σε Ευρωπαϊκά ορυχεία τον 16ο αιώνα. Leberthal (Αλσατία,1550) Βρετανία, 1604 Από την πρώτη στιγμή υιοθετήθηκαν οχήματα με τροχούς φέροντες όνυχες, οι οποίοι κρατούν τα οχήματα επί της γραμμής και τα καθιστούν αυτοκαθοδηγούμενα. Τα πρώτα οχήματα είχαν όνυχες είτε στο εσωτερικό, είτε στο εξωτερικό των τροχών. Στα σύγχρονα οχήματα οι όνυχες βρίσκονται στο εσωτερικό των τροχών.

8 Πρώιμοι σιδηρόδρομοι Τα πρώιμα σιδηροδρομικά οχήματα ορυχείων έλκονταν από ανθρώπους ή άλογα.

9 Πρώιμοι σιδηρόδρομοι Ο σύγχρονος σιδηρόδρομος προέκυψε μετά την εμφάνιση της ατμοκινούμενης κινητήριας μονάδας (steam locomotive) στην Ουαλία, Ο σιδηρόδρομος Stockton and Darlington Railway (1825), ήταν ο πρώτος που μετέφερε εμπορεύματα και επιβάτες. Ο σιδηρόδρομος Liverpool and Manchester Railway (1830), που εισήγαγε την ατμομηχανή Rocket, θεωρείται η αφετηρία της εποχής των σιδηροδρόμων. Το 1841 στη Βρετανία υπήρχαν σε λειτουργία πάνω από 1300 μίλια σιδηροδρομικής γραμμής. Οι σιδηρόδρομοι αναπτύχθηκαν γρήγορα το 19ο αιώνα και κατέστησαν παγκοσμίως μείζων δύναμη της οικονομικής και κοινωνικής ζωής των εθνών.

10 Η εποχή των σιδηροδρόμων Οι σιδηρόδρομοι επέβαλαν επίσης πολλούς τεχνολογικούς νεωτερισμούς. Οι περισσότερες Ευρωπαϊκές χώρες ακολούθησαν το Βρετανικό παράδειγμα τους πλάτους (ή εύρους) των 8 ποδών και 8.5 ιντσών (1.435μ) μεταξύ των εσωτερικών παρειών των σιδηροτροχιών. ΗΠΑ: Βρετανικό «κανονικό εύρος» Ρωσία και Φιλανδία: εύρος 5 ποδών. Ισπανία και Πορτογαλία: εύρος 5 ποδών και 6 ιντσών. Γιατί τέτοιες διαφορές στην Ευρώπη;

11 Η εποχή των σιδηροδρόμων Αρχικά, όλες οι κινητήριες μονάδες ήταν ατμοκίνητες. Περί το 1900, χρησιμοποιήθηκαν ηλεκτροκίνητες μονάδες. Περί τα μέσα του 20ου αιώνα, ντηζελοηλεκτικές μονάδες (diesel electric locomotives) είχαν αντικαταστήσει τις ατμοκίνητες στα περισσότερα σιδηροδρομικά δίκτυα. Τα σιδηροδρομικά οχήματα περιλαμβάνανε οχήματα επιβατικών και εμπορικών μεταφορών Ο George Pullman, το όνομα του οποίου κατέστη συνώνυμο των κλιναμαξών (ιδιαίτερα στις ΗΠΑ), νοίκιασε το πρώτο όχημά του στους σιδηροδρόμους το Οι σιδηρόδρομοι έφτασαν στην ωριμότητά τους στις αρχές του 20ου αιώνα, οπότε σιδηροδρομικοί συρμοί μετέφεραν το μεγαλύτερο μέρος των φορτίων και των επιβατών στις βιομηχανικά ανεπτυγμένες χώρες παγκοσμίως.

12 Η παρακμή των σιδηροδρόμων Περί τα μέσα του 20ου αιώνα, οι σιδηρόδρομοι έχασαν την κυρίαρχη θέση τους. Το ΙΧ υποκατέστησε τις μικρού μήκους επιβατικές διαδρομές και το αεροπλάνο τα ταξίδια μεγάλων αποστάσεων, ιδιαίτερα στις ΗΠΑ. Οι σιδηρόδρομοι παρέμειναν αποτελεσματικοί στη μαζική μεταφορά επιβατών μεταξύ των κέντρων μεγάλων πόλεων και των προαστίων τους (προαστικός σιδηρόδρομος). Επίσης, σε μεσαίου μήκους μετακινήσεις για αποστάσεις της τάξης των 500 χιλιομέτρων μεταξύ αστικών κέντρων.

13 Η παρακμή των σιδηροδρόμων Μετά τα μέσα του 20ου αιώνα, η κατασκευή σιδηροδρομικών γραμμών μεγάλου μήκους και δαπάνης συνεχίστηκε σε μερικές χώρες παγκοσμίως (Καναδάς, Κίνα, Σοβιετική Ένωση, Αφρική). Στις περισσότερες βιομηχανικά ανεπτυγμένες χώρες η κατασκευή νέων γραμμών πρακτικώς μηδενίστηκε το Οι σιδηρόδρομοι αποτελούνε σήμερα το καλύτερο μέσο μεταφοράς μεγάλων χύδην φορτίων σε μεγάλες αποστάσεις (κάρβουνο, δημητριακά, χημικά προϊόντα, μεταλλεύματα).

14 Η νέα εποχή των σιδηροδρόμων Αρχικά η ζήτηση για νέα αστικά σιδηροδρομικά συστήματα και στη συνέχεια η δημιουργία στην Ευρώπη και την Ιαπωνία νέων γραμμών υψηλών ταχυτήτων για intercity επιβατικές μεταφορές οδήγησαν σε νέα εποχή τους σιδηροδρόμους. Η τεχνολογική έμφαση μετακινήθηκε στην περιοχή των ταχύτερων λειτουργιών, των περισσότερων ανέσεων για τους επιβάτες, των μεγαλύτερων και ειδικού φορτίου φορταμαξών, των περισσότερο σύνθετων συστημάτων σηματοδότησης και ελέγχου κυκλοφορίας και των νέων τύπων κινητήριας δύναμης. Η ανάπτυξη της μοναδοποίησης των φορτίων και της χρήσης εμπορευματοκιβωτίων (containers) κατέστησε τους σιδηρόδρομους περισσότερο αποτελεσματικούς στην παραλαβή και διακίνηση επεξεργασμένων εμπορευμάτων με μεγάλες σχετικά ταχύτητες.

15 Η νέα εποχή των σιδηροδρόμων Piggy Back Flatcars Η χρησιμοποίηση piggyback flatcars με την οποία ρυμουλκούμενα φορτηγών αυτοκινήτων μεταφέρονται σε μεγάλες αποστάσεις πάνω σε ειδικά σχεδιασμένες φορτάμαξες, επέτρεψε στους σιδηροδρόμους να επανακτήσουν μέρος του εμπορευματικού έργου που είχε διαρρεύσει προς τα φορτηγά αυτοκίνητα. Ταυτόχρονα, σε πολλές από τις ανεπτυγμένες χώρες οι σιδηρόδρομοι λειτουργούσαν πλέον σε ένα κλίμα έντονου ανταγωνισμού με τα άλλα μέσα μεταφοράς.

16 Η τεχνολογική εξέλιξη των σιδηροδρόμων Στο πρώτο μισό του 20ου αιώνα οι εξελίξεις στη σιδηροδρομική τεχνολογία και πρακτική λειτουργίας ήταν περιορισμένες. Μια από αυτές ήταν η τελειοποίησης της ντηζελοκίνητης έλξης ως πλέον αποδοτικής εναλλακτικής λύσης έναντι της ατμοκίνησης και ως οικονομικώς αποδοτικότερης έναντι της ηλεκτροκίνησης σε γραμμές χαμηλής πυκνότητας κυκλοφορίας. Μια άλλη ήταν η μετάβαση από τη μηχανική σηματοδότηση και τον τηλεφωνικό έλεγχο της κυκλοφορίας σε ηλεκτρικά συστήματα που επέτρεπαν τον κεντρικό έλεγχο της σιδηροδρομικής κυκλοφορίας σε μεγάλες περιοχές. Επίσης, αξιοσημείωτη ήταν η υιοθέτηση της συνεχώς συγκολλημένης σιδηροτροχιάς (ΣΣΣ) που συνέβαλε στη βελτίωση της ποιότητας κύλισης, στην αύξηση της ωφέλιμης ζωής της γραμμής και στη μείωση των δαπανών συντήρησης.

17 Η τεχνολογική εξέλιξη των σιδηροδρόμων Από το 1960 περίπου, τα ανεπτυγμένα σιδηροδρομικά δίκτυα παγκοσμίως υπό την πίεση του έντονου ανταγωνισμού των αυτοκινητοδρόμων και των αεροπορικών μεταφορών προχώρησαν γρήγορα σε νέα τεχνολογική εποχή. Μέχρι τα μέσα του 20ου αιώνα, μόνο οι βασικοί σιδηροδρομικοί άξονες μεγάλου μεταφορικού έργου μπορούσαν να αξιοποιήσουν τις οικονομίες της ηλεκτροκίνησης, κυρίως λόγω των μεγάλων επενδυτικών δαπανών που απαιτούνται για την κατασκευή και εγκατάσταση των συστημάτων παροχής ηλεκτρικής ενέργειας στο σιδηροδρομικό δίκτυο. Στο δεύτερο ήμισυ του 20ου αιώνα, η νέα τεχνολογία κατάφερε να μειώνει σταθερά το αρχικό κόστος της ηλεκτροκίνησης και να εισάγει ραγδαίως μεγάλες βελτιώσεις στην ισχύ και την απόδοση της ηλεκτρικής έλξης σε σχέση με το μέγεθος και το βάρος των ηλεκτραμαξών.

18 Η τεχνολογική εξέλιξη των σιδηροδρόμων Ιδιαίτερη επίδραση είχε η πρωτοποριακή Γαλλική τεχνολογία ηλεκτροκίνησης απευθείας τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος υψηλής τάσης σε βιομηχανική συχνότητα. Μεγάλα προγράμματα ηλεκτροκίνησης εφαρμόστηκαν στην Κίνα, Ιαπωνία, Νότια Κορέα, Σοβιετική Ένωση και την Ινδία. Βασική αιτία προώθησης της ηλεκτροκίνησης ήταν η ραγδαία αύξηση των τιμών των καυσίμων και η κατανόηση των κινδύνων από την εξάρτηση από εισαγόμενο πετρέλαιο ως καύσιμο, που ακολούθησαν την κρίση της Μέσης Ανατολής του 1973.

19 Η τεχνολογική εξέλιξη των σιδηροδρόμων Οι σύγχρονες σιδηροδρομικές τεχνολογίες αναπτύχθηκαν στη βάση ενός ολοκληρωμένου σχεδιασμού σιδηροδρομικής γραμμής και σιδηροδρομικών οχημάτων (επιβατικών και εμπορευματικών) υψηλής απόδοσης. Οι τεχνολογίες αυτές είχαν επίσης στόχο την ανάπτυξη υψηλής ταχύτητας συστημάτων μεταφοράς επιβατών, ικανών να ανταγωνιστούν τις αεροπορικές μεταφορές και την τεράστια αύξηση των μετακινήσεων με ΙΧ επί των βελτιωμένων εθνικών δικτύων αυτοκινητοδρόμων. Αναπτύχθηκαν επίσης τεχνικές συνδυασμένων (Intermodal) μεταφορών, ώστε να εξασφαλίζουν μια σιδηροδρομική συνιστώσα στη μεταφορά υψηλής αξίας εμπορευματικού φορτίου, η προέλευση ή ο προορισμός της όποιας μεταφοράς δε συνέφερε πλέον οικονομικώς να εξυπηρετηθεί απευθείας σιδηροδρομικώς.

20 Η τεχνολογική εξέλιξη των σιδηροδρόμων Το κόστος συντήρησης σιδηροδρομικής γραμμής υψηλής ποιότητας μειώθηκε με την εμφάνιση ενός ευρέως φάσματος μηχανημάτων συντήρησης γραμμής, με τις εξής δυνατότητες: Ανακαίνιση γραμμής Καθαρισμός και συμπίεση έρματος Εντοπισμός σφαλμάτων ή φθορών στις σιδηροτροχιές με υπερήχους Ηλεκτρονικός έλεγχο της οριζοντιογραφικής και υψομετρικής κατάστασης της γραμμής. Την ίδια εποχή οι αναπτυσσόμενες χώρες προχωρούσαν στην κατασκευή νέων μεγάλων σιδηροδρομικών αξόνων, ιδιαίτερα στην Κίνα, Ινδία και τη Σοβιετική Ένωση, όπου ο σιδηρόδρομος παρέμεινε το κύριο μέσο μεταφοράς επιβατών και εμπορευμάτων.

21 Το μέλλον των σιδηροδρόμων Για περισσότερα από 100 χρόνια, ο σιδηρόδρομος αποτέλεσε τον κυρίαρχο τρόπο χερσαίας μεταφοράς παγκοσμίως. Ήταν και παραμένει το χερσαίο μέσο για τη μεταφορά επιβατών και εμπορευμάτων οπουδήποτε οδηγούν οι γραμμές, με πραγματικό κόστος μικρότερο από το αντίστοιχο των λοιπών χερσαίων μεταφορικών μέσων ή του αεροπλάνου.

22 Το μέλλον των σιδηροδρόμων O σιδηρόδρομος είναι περισσότερο αποτελεσματικός στη μεταφορά μεγάλου αριθμού επιβατών και μεγάλων ποσοτήτων φορτίου. O σιδηρόδρομος θα συνεχίσει να είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικός στους παρακάτω τομείς: Μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων χύδην φορτίων και επεξεργασμένα εμπορεύματα. Μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων εμπορευματοκιβωτίων (containers) Μεταφορά μεγάλων αριθμών επιβατών (προαστικός σιδηρόδρομος, μετρό) Intercity υψηλών ταχυτήτων για επιβατικές σιδηροδρομικές υπηρεσίες.

23 Το μέλλον των σιδηροδρόμων Στην εποχή μας, τα άλλα μέσα μεταφοράς έχουν επίσης αναπτυχθεί σε τέτοιο βαθμό, ώστε να μπορούν να διεξάγουν συγκεκριμένες δραστηριότητες μεταφορών αποτελεσματικότερα σε σχέση με το σιδηρόδρομο: Τα δίκτυα σωληνωτών αγωγών (pipelines) μπορούν να μεταφέρουν υγρά, καθώς και ορισμένα στερεά προϊόντα, με μεγάλη οικονομία και σε μεγάλες αποστάσεις. Τα αεροπλάνα, με τη μεγάλη ταχύτητα, μπορούν να μεταφέρουν κάποια είδη ελαφρών και μεγάλης αξίας εμπορευμάτων με οικονομικότερο τρόπο. Τα φορτηγά αυτοκίνητα παρέχουν ταχύτητα και ευελιξία, ιδιαίτερα σε σχετικά μικρού μήκους μεταφορές.

24 Το μέλλον των σιδηροδρόμων Κατά τη διερεύνηση του μελλοντικού ρόλου των σιδηροδρόμων, θα πρέπει επίσης να συνεκτιμηθούν οι παρακάτω παράγοντες : Οι αρνητικές επιπτώσεις της κατασκευής και λειτουργίας σιδηροδρόμων επί του φυσικού περιβάλλοντος είναι ιδιαίτερα περιορισμένες σε σχέση με τις αντίστοιχες ενός αυτοκινητοδρόμου ή ενός συστήματος αερομεταφορών. Ο σιδηρόδρομος παράγει λιγότερους ρύπους ανά μονάδα μεταφοράς απ ότι οι αυτοκινητόδρομοι ή το αεροπλάνο. Ο σιδηρόδρομος παρουσιάζει αντιστοίχως μικρότερη κατανάλωση ενέργειας σε σχέση με τις οδικές ή αεροπορικές μεταφορές.

25 Το μέλλον των σιδηροδρόμων (συνέχεια): Το μεγάλο μέρος των δημόσιων επενδύσεων έχει κατευθυνθεί στην τεχνολογική έρευνα για νέα μέσα μεταφορών και ελάχιστα για τη βελτίωση της σιδηροδρομικής τεχνολογίας. Συνεπώς, με ελάχιστες εξαιρέσεις, ακόμη και οι πιο σύγχρονες εγκαταστάσεις και υπηρεσίες των σημερινών σιδηροδρόμων δεν αντιπροσωπεύουν τη βέλτιστη δυνατή αποδοτικότητα αυτού του τομέα.

26 Ορισμός και συνιστώσες 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 δυο παράλληλες μεταξύ τους σιδηροτροχιές. Εξυπηρετεί μετακινήσεις όλων των αποστάσεων και σε οποιοδήποτε περιβάλλον (αστικό, προαστικό, περιαστικό, περιφερειακό, υπεραστικό). Ως μέσο μεταφοράς ορίζεται από τρεις συνιστώσες: Τη σιδηροδρομική υποδομή, Το τροχαίο υλικό, Την εκμετάλλευση.

27 Ορισμός και συνιστώσες του συστήματος Σιδηροδρομική υποδομή, είναι η σιδηροδρομική οδός μεταφοράς και το σύνολο των τεχνικών έργων και εγκαταστάσεων που εξασφαλίζουν την κυκλοφορία των συρμών. Σιδηροδρομική γραμμή, αποτελείται από μια σειρά στοιχείων και υλικών διαφορετικών ελαστικοτήτων που μεταφέρουν τα στατικά και δυναμικά φορτία της κυκλοφορίας στο έδαφος θεμελίωσης. Σιδηροδρομική εκμετάλλευση είναι το σύνολο των δραστηριοτήτων μέσω των οποίων μια σιδηροδρομική επιχείρηση εξασφαλίζει την κυκλοφορία του τροχαίου υλικού που διαθέτει, στη σιδηροδρομική υποδομή.

28 Σιδηροδρομική γραμμή Η σιδηροδρομική γραμμή περιλαμβάνει διαδοχικά από πάνω προς τα κάτω τα εξής: Επιδομή Σιδηροτροχιές Στρωτήρες Έρμα Υπόστρωμα έρματος Υποδομή Στρώση διαμόρφωσης Έδαφος θεμελίωσης ή υπόβαση

29 Σιδηροδρομική γραμμή 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.

30 Τεχνικά έργα Στα τεχνικά έργα συγκαταλέγονται τα εξής: Σήραγγες και τα υπόγεια τμήματα γραμμής, κατασκευασμένα με τη μέθοδο «cut and cover» Γέφυρες Ανισόπεδες διαβάσεις Συστήματα αποστράγγισης (στραγγιστήρια, ανοικτές τάφροι) Τοίχοι και έργα αντιστήριξης των εδαφών Οχετοί Ηχοπετάσματα Περιφράξεις

31 Εγκαταστάσεις Οι εγκαταστάσεις διακρίνονται σε: Εγκαταστάσεις γραμμής, στις οποίες περιλαμβάνονται: Ισόπεδες σιδηροδρομικές διαβάσεις Εγκαταστάσεις ηλεκτροκίνησης, σηματοδότησης και τηλεπικοινωνιών Λειτουργικές εγκαταστάσεις, στις οποίες περιλαμβάνονται: Σταθμοί Εργοστάσια επισκευής και συντήρησης οχημάτων Αμαξοστάσια Εγκαταστάσεις καθαρισμού οχημάτων Λοιπές κτιριακές εγκαταστάσεις (κτίρια διοίκησης, αποθηκευτικοί χώροι κλπ)

32 Εκμετάλλευση Η σιδηροδρομική εκμετάλλευση διακρίνεται σε τεχνική και εμπορική. Στις δραστηριότητες της τεχνικής εκμετάλλευσης περιλαμβάνονται κυρίως οι εξής εργασίες: Παραγωγή και χάραξη δρομολογίων Παραγωγή κανονισμών, εγχειριδίων, διατάξεων κλπ Ρύθμιση και έλεγχος της κυκλοφορίας Κατανομή χωρητικότητας Επάνδρωση των σταθμών και των συρμών

33 Εκμετάλλευση Στις δραστηριότητες της εμπορικής εκμετάλλευσης περιλαμβάνονται κυρίως οι εξής εργασίες: Καθορισμός των κομίστρων για τη μεταφορά των επιβατών και των εμπορευμάτων και γενικότερα θέματα τιμολογιακής πολιτικής. Θέματα marketing Γενικότερα οργάνωση και διαχείριση των επιβατικών και εμπορευματικών μεταφορών.

34 Εκμετάλλευση Για την υλοποίηση των παραπάνω δραστηριοτήτων απαιτούνται: Ειδικές λειτουργικές εγκαταστάσεις (πχ σταθμοί, αποθηκευτικοί χώροι) Χρησιμοποιούνται διάφορα τεχνικά μέσα (πχ εξοπλισμός σταθμών) Λειτουργικά εργαλεία (πχ λογισμικά, εφαρμογές τηλεματικής) Τεχνικοί κανόνες και πρότυπα (πχ κανονισμοί, τεχνικές οδηγίες κλπ) Για την ομαλή λειτουργία του σιδηροδρομικού συστήματος, απαραίτητη προϋπόθεση αποτελεί η σωστή συντήρησή του. Η συντήρηση χαρακτηρίζεται σαν «οριζόντια δραστηριότητα», καθώς αφορά και τις τρεις συνιστώσες του συστήματος.

35 Η τεχνική του συστήματος Οι δυο βασικές «τεχνικές μονάδες» που εξασφαλίζουν τη «μεταφορά» με τα σιδηροδρομικά μέσα είναι ο σιδηροδρομικός άξονας και οι σιδηροτροχιές. Οι τροχοί αποτελούνται από: Τα επίσωτρα, το εξωτερικό ουσιαστικά τμήμα των τροχών με το οποίο επιτελείται η κύλιση επί των σιδηροτροχιών. Το κυρίως σώμα των τροχών (σώτρο).

36 Ο τροχός Χαρακτηριστικό τμήμα της εσωτερικής προς τη γραμμή παρειάς των τροχών, είναι οι όνυχες (ένας σε κάθε τροχιά). Οι όνυχες έχουν ως αποστολή να διατηρούν την κύλιση των τροχών επί των σιδηροτροχιών στην περίπτωση που η εγκάρσια μετατόπιση του σιδηροδρομικού άξονα υπερβεί τα όρια που καθορίζει η απόσταση μεταξύ των σιδηροτροχιών (εύρος γραμμής) Η διατομή της εγκάρσιας τομής των τροχών (προφίλ) δεν είναι, όπως στα ελαστικά των οδικών οχημάτων ορθογώνια. Παρουσιάζει ελαφρά κωνικότητα, συνήθως μεταβλητή (1:20-1:15), που ανοίγεται προς το εσωτερικό της γραμμής Οι δυο τροχοί του άξονα συνδέονται άκαμπτα μέσω μιας κυλινδρικής ράβδου (σώμα άξονα) με αποτέλεσμα τροχοί και συνδετήρια ράβδος να περιστρέφονται με την ίδια γωνιακή ταχύτητα ω. Το σύστημα «τροχοί σώμα άξονα» ονομάζεται συμβατικός (ή κλασικός) σιδηροδρομικός άξονας και κυλίεται επί δυο παράλληλων σιδηροτροχιών που βρίσκονται σε σταθερή απόσταση μεταξύ τους (εύρος γραμμής).

37 Η σιδηροτροχιά Η σιδηροτροχιά αποτελείται από τρία (3) κύρια μέρη: Την κεφαλή Τον κορμό Το πέλμα Η άνω επιφάνεια της κεφαλής έχει καμπύλη μορφή και επ αυτής γίνεται ουσιαστικά η κύλιση των επισώτρων των τροχών Οι δυο πλευρικές επιφάνειες της κεφαλής ονομάζονται παρειές (ή μάγουλα) και στο άνω τμήμα αυτών γίνεται η επαφή (όταν συμβαίνει) ονύχων τροχών-σιδηροτροχιών Οι σιδηροτροχιές τοποθετούνται επί των στρωτήρων με κλίση (συνήθως 1/20 με 1/40) Η τοποθέτηση αυτή βελτιώνει την εγκάρσια ευστάθεια των οχημάτων

38 Θεμελιώδεις αρχές λειτουργίας του συστήματος Η επιφάνεια τροχού-σιδηροτροχιάς είναι ελλειπτική. Κατά την κύλιση των τροχών αναπτύσσονται στην επιφάνεια επαφής ελαστικές δυνάμεις (δυνάμεις ψευδό - ολίσθησης, βαρύτητας). Οι δυνάμεις αυτές, κάτω από ομαλές συνθήκες κυκλοφορίας, εξασφαλίζουν την ευστάθεια και την καθοδήγηση των οχημάτων στα ευθύγραμμα και στα καμπύλα τμήματα της γραμμής. Η γένεση των δυνάμεων αυτών οφείλεται: Στην ειδική κατανομή των τροχών (προφίλ) Στην άκαμπτη σύνδεση των τροχών Στη γεωμετρία της άνω εξωτερικής επιφάνειας της κεφαλής της σιδηροτροχιάς Σε φαινόμενα ψευδό ολίσθησης

39 Δυνάμεις στη σιδηροτροχιά Οι δυνάμεις που αναπτύσσονται στη διεπαφή τροχού σιδηροτροχιάς είναι: Τάσεις στην κατακόρυφη φόρτιση. Τάσεις από πλευρικές δυνάμεις καθοδήγησης. Τάσεις από κατά μήκος δυνάμεις ολίσθησης. Τάσεις από μεταβολή της θερμοκρασίας.

40 Κίνηση σε ευθυγραμμία Θεωρούμε ένα συμβατικό σιδηροδρομικό άξονα κεντρωμένο στη γραμμή που κινείται με σταθερή ταχύτητα στην ευθυγραμμία. Αν για κάποιο λόγο (σφάλματα γραμμής, ασυμμετρία τροχών κλπ) ο άξονας μετατοπιστεί εγκάρσια ως προς τη θέση αρχικής ισορροπίας, τότε οι δυο τροχοί λόγω της κατατομής τους κυλίονται με διαφορετικές ακτίνες (r1 r2) Θα ισχύει: r2>r0>r1 (όπου r0 η ακτίνα κύλισης των δυο τροχών στη θέση της αρχικής ισορροπίας)

41 Κίνηση σε ευθυγραμμία Λόγω της στερεάς σύνδεσης των τροχών με το σώμα του τροχού οι δυο τροχοί έχουν την ίδια γωνιακή ταχύτητα «ω» και συνεπώς θα ισχύει: ωr2>ωr0>ωr1 = V2>V>V1 (V1, V2: σχετικές ταχύτητες των δυο 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 εγκάρσιο άξονα Λόγω της ταυτόχρονης κύλισης του σιδηροδρομικού άξονα προς τα εμπρός, η ακτίνα κύλισης r1 συνεχώς μεγαλώνει, ενώ η r2 συνεχώς μικραίνει Όταν συμβεί r1>r2, ο τροχός 1 περνάει μπροστά από τον τροχό 2 και το φαινόμενο επαναλαμβάνεται Η κίνηση αυτή του συμβατικού σιδηροδρομικού άξονα είναι γνωστή σαν οφιοειδής ή λοξοειδής κίνηση

42 Κίνηση σε ευθυγραμμία 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, η διεύθυνση κύλισης των τροχών δε συμπίπτει με τη διεύθυνση μετατόπισης του οχήματος. Τότε δημιουργούνται στην επιφάνεια επαφής τροχού σιδηροτροχιάς δυνάμεις τριβής, οι οποίες προσδίδουν στον άξονα δυναμική συμπεριφορά. Στις πολύ μικρές ταχύτητες, ο φυσικός αυτός μηχανισμός εξασφαλίζει την ευστάθεια των οχημάτων. Στις μεγάλες ταχύτητες δημιουργούνται ταλαντώσεις μεγάλου εύρους και η κίνηση γίνεται ασταθής. Στην περίπτωση αυτή η ευστάθεια εξασφαλίζεται από τη διαμήκη ελαστική σύνδεση φορείων αξόνων (πρωτεύουσα ανάρτηση) η οποία περιορίζει το εύρος των ταλαντώσεων.

43 Κίνηση σε ευθυγραμμία Στην περίπτωση που οι εγκάρσιες μετατοπίσεις των τροχών υπερβούν το προβλεπόμενο διάκενο μεταξύ εσωτερικής παρειάς τροχού, η διατήρηση της κύλισης των τροχών επί των σιδηροτροχιών εξασφαλίζεται από την παρουσία των ονύχων. Αρχικά, οι τροχοί των σιδηροδρομικών οχημάτων κατασκευάζονταν με δυο όνυχες (εσωτερικός και εξωτερικός). Η παρουσία και των δυο ονύχων αποδείχθηκε ότι είναι περιττή. Η μελέτη της κίνησης του άξονα οδήγησε στην κατάργηση του ενός από τους δυο όνυχες και συγκεκριμένα του εξωτερικού, ώστε κατά τη λοξοειδή κίνηση του άξονα να αποφεύγεται η επαφή με την εξωτερική παρειά των σιδηροτροχιών.

44 Εύρος γραμμής Εύρος σιδηροδρομικής γραμμής (2e) καλείται η απόσταση μεταξύ των εσωτερικών παρειών των κεφαλών των δυο σιδηροτροχιών. Η απόσταση αυτή μετριέται σε μια στάθμη 14-16mm κάτω από το επίπεδο κύλισης. Το εύρος των γραμμών δεν είναι το ίδιο σε όλες τις χώρες και σε πολλές μάλιστα διαφέρει από περιοχή σε περιοχή. Με βάση το εύρος, οι γραμμές χωρίζονται σε πέντε κατηγορίες: Κανονικές γραμμής ή γραμμές κανονικού εύρους (1435mm) Ευρείες γραμμές ή γραμμές μεγάλου εύρους (1600mm) Μετρικές γραμμές ή γραμμές μετρικού εύρους (1000mm) Στενές γραμμές ή γραμμές στενού εύρους ( mm) Γραμμές μικτού εύρους

45 Εύρος γραμμής Η αύξηση του εύρους της γραμμής παρουσιάζει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα: Βελτιώνει την ευστάθεια των οχημάτων και κατά συνέπεια επιτρέπει την ανάπτυξη υψηλότερων ταχυτήτων. Επιτρέπει την κατασκευή πλατύτερων οχημάτων και επομένως παρέχει τη δυνατότητα μεταφοράς μεγαλύτερων φορτίων, αλλά και ανετότερης διαρρύθμισης των εσωτερικών χώρων των οχημάτων. Αυξάνει όμως σημαντικά το κόστος κατασκευής της γραμμής. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι η κατασκευή μιας μετρικής γραμμής είναι 30% οικονομικότερη της κατασκευής γραμμής κανονικού εύρους. Στην Ευρώπη κυριαρχεί το κανονικό εύρος.

46 Εύρος γραμμής Οι σημερινές τάσεις στον τομέα των σιδηροδρομικών μεταφορών αποβλέπουν: Στην αύξηση της ταχύτητας εκμετάλλευσης των συρμών. Στη μαζικοποίηση των μεταφορών. Στη διαλειτουργικότητα των δικτύων. Στη φιλελευθεροποίηση των σιδηροδρομικών μεταφορών σε επιβάτες και εμπορεύματα. Υπό τις συνθήκες αυτές, το κανονικό εύρος γραμμής (1435mm), ως το πιο διαδεδομένο, αλλά και ως συγκριτικά μεγάλο, υπερτερεί και καθιερώθηκε στα περισσότερα κράτη. Ήδη χώρες με διαφορετικά εύρη γραμμής (Ισπανία, Ιαπωνία κλπ) έχουν αρχίσει την αντικατάσταση των γραμμών με κανονικού εύρους.

47 Εύρος γραμμής Το εύρος της γραμμής παραμένει σταθερό σε όλο το μήκος του δικτύου, εκτός από τα καμπύλα τμήματα της οριζοντιογραφίας με μικρές ακτίνες καμπυλότητας (< μ), όπου το εύρος της γραμμής αυξάνει μέχρι και 35mm (διαπλάτυνση). Στις καμπύλες γίνεται αποδεκτή μια αύξηση του εύρους της γραμμής για να διευκολυνθεί η εγγραφή των αξόνων των οχημάτων. Υπό τις συνθήκες αυτές και λαμβάνοντας υπόψιν κάποιες αντοχές συντήρησης, τα επιτρεπόμενα όρια του εύρους μιας κανονικής γραμμής κυμαίνονται: Στις ευθυγραμμίες από mm Στις καμπύλες από mm

48 Κατηγορίες σιδηροδρομικών συστημάτων Τα σιδηροδρομικά συστήματα υπάγονται γενικότερα στα χερσαία μέσα μεταφοράς που κινούνται στο δικό τους διάδρομο κυκλοφορίας (σε σταθερή τροχιά). Τα μέσα αυτά ανάλογα με τον τύπο της οδού μεταφοράς που χρησιμοποιούν διακρίνονται σε: σιδηροδρομικά, οδικά και μαγνητικά. Τα σιδηροδρομικά μέσα μεταφοράς κινούνται επί σιδηροτροχιών και με βάση το «γεωγραφικό/ πολεοδομικό» περιβάλλον στο οποίο λειτουργούν, διακρίνονται σε: Υπεραστικά Προαστικά, περιαστικά, περιφερειακά Αστικά Μεγάλων κατά μήκος κλίσεων

49 Υπεραστικός σιδηρόδρομος Ο υπεραστικός σιδηρόδρομος εξυπηρετεί μετακινήσεις μήκους μεγαλύτερου των km και συνδέει συνήθως μεγάλα αστικά κέντρα. Διακρίνεται στις εξής κατηγορίες: Σιδηρόδρομος υψηλών ταχυτήτων (Vσχ >200km/hr, Ve > 150km/hr). Σιδηρόδρομος συμβατικών ταχυτήτων (Vσχ <200km/hr, Ve < 150km/hr). [Vσχ = ταχύτητα σχεδιασμού, Ve = ταχύτητα μελέτης].

50 Προαστικός σιδηρόδρομος Ο προαστικός σιδηρόδρομος είναι συνήθως ηλεκτροκίνητος και εξυπηρετεί τις μετακινήσεις μεταξύ κατοικίας και εργασίας, μέσα στα όρια επιρροής των μεγάλων πολεοδομικών συγκροτημάτων (προάστια, περιφερειακές πόλεις) Η εμβέλειά του μπορεί να φτάσει τα 100km. Όταν δρομολογείται σε μήκη 30-50km ονομάζεται και περιαστικός σιδηρόδρομος, ενώ όταν δρομολογείται για μεγαλύτερα μήκη ονομάζεται και περιφερειακός σιδηρόδρομος.

51 Κατηγορίες σιδηροδρομικών συστημάτων Ο αστικός σιδηρόδρομος εξυπηρετεί μετακινήσεις μέσα στα όρια μιας πόλης και διακρίνεται σε: Μητροπολιτικός σιδηρόδρομος (μετρό) Ελαφρύ μετρό Τροχιόδρομος (τραμ) Μονόραβδος σιδηρόδρομος (monorail) Ο σιδηρόδρομος μεγάλων κατά μήκος κλίσεων εξυπηρετεί μετακινήσεις μικρού μήκους των οποίων τα δυο άκρα παρουσιάζουν μεγάλη υψομετρική διαφορά. Διακρίνεται στις εξής κατηγορίες: Οδοντωτός σιδηρόδρομος Καλωδιοκίνητος σιδηρόδρομος

52 Οδοντωτός σιδηρόδρομος Ο οδοντωτός σιδηρόδρομος χρησιμοποιείται κυρίως για προσέγγιση απομακρυσμένων ορεινών οικισμών και τουριστικών θέρετρων σε γραμμές με κατά μήκος κλίσεις μεγαλύτερες του 5-7% και εφόσον δεν μπορεί να επιτευχθεί χάραξη διαμέσου ή γύρω από τον ορεινό όγκο με κλίση κατάλληλη για συμβατικό σιδηρόδρομο. Η επιδομή των οδοντωτών σιδηροδρόμων περιλαμβάνει εκτός από τις δυο κλασικές σιδηροτροχιές της γραμμής και μια ενδιάμεση ράβδο με οδόντωση (οδοντωτή σιδηροτροχιά). Οι άξονες των κινητήρων οχημάτων είναι εφοδιασμένοι με έναν ή περισσότερους κινητήριους οδοντωτούς τροχούς, που διατάσσονται οριζόντια ή κατακόρυφα. Η απαιτούμενη συμπληρωματική δύναμη έλξης και τροχοπέδησης εξασφαλίζεται σε την εμπλοκή των οδοντώσεων της οδοντωτής σιδηροτροχιάς με τις οδοντώσεις των οδοντωτών κινητήριων και τροχοπεδούμενων τροχών.

53 Πλεονεκτήματα του σιδηροδρόμου Τα πλεονεκτήματα του σιδηρόδρομου είναι τα εξής: Μεγάλη μεταφορική ικανότητα Ανάπτυξη υψηλών ταχυτήτων Ασφάλεια μεταφοράς Δρομολόγηση ανεξάρτητα των καιρικών συνθηκών (κανονικότητα δρομολογίου) Μέσο φιλικό προς το περιβάλλον Ένας βαθμός ελευθερίας κίνησης (αυτοματοποίηση πολλών λειτουργιών) Καλή ψυχολογία για τον επιβάτη Μικρό εύρος κατάληψης Μεγάλη χωρητικότητα

54 Μειονεκτήματα του σιδηρόδρομου Τα μειονεκτήματα του σιδηρόδρομου είναι τα εξής: Αυξημένες απαιτήσεις στη χάραξη (οριζοντιογραφία, μηκοτομή) Μικρός συντελεστής πρόσφυσης τροχού/σιδηροτροχιάς Ένας βαθμός ελευθερίας κίνησης (όχι ευελιξία στις μετακινήσεις) Σκληρή (ηχηρή) κύλιση Μικρή πυκνότητα δικτύου

55 Μεγάλη μεταφορική ικανότητα Η επαφή σιδήρου σιδήρου μειώνει σημαντικά την ειδική αντίσταση κύλισης (15N/t για το σιδηρόδρομο, 150N/t για ένα τουριστικό λεωφορείο και 300N/t για ένα οδικό φορτηγό όχημα) Ένα κινητήριο σιδηροδρομικό όχημα μπορεί επομένως με την ίδια ελκτική δύναμη να έλξει μεγαλύτερο φορτίο από ένα οδικό όχημα. Παράλληλα, ένας σιδηροδρομικός συρμός έχει τη δυνατότητα να συντίθεται από πολλά οχήματα με αποτέλεσμα να αυξάνει, αλλά και να μεταβάλλει ανάλογα με τη ζήτηση, τη μεταφορική του ικανότητα. Ενδεικτικά, για τη μεταφορά 700 επιβατών απαιτείται ένας συρμός μήκους μ. Αν τα ίδια άτομα μεταφέρονταν οδικά θα απαιτούνταν: 15 λεωφορεία των 44 θέσεων που θα καταλάμβαναν μήκος 1050μ 170 ΙΧ οχήματα των 4 θέσεων που θα καταλάμβαναν επί της οδού μήκος 11900μ (τηρουμένων πάντοτε των αποστάσεων ασφαλείας).

56 Ανάπτυξη υψηλών ταχυτήτων Σήμερα ένα συμβατικό σιδηροδρομικό όχημα μπορεί να κινηθεί με πλήρη ασφάλεια σε γραμμές καλής ποιότητας με ταχύτητες μεγαλύτερες των 300km/hr. Σε πειραματικό στάδιο, το ρεκόρ ταχύτητας με συμβατικό σιδηρόδρομο ανέρχεται σε 515,3km/hr. Στις επιβατικές μεταφορές, σε πολλές χώρες της Ευρώπης τα τρένα κινούνται σε συμβατικές γραμμές με ταχύτητες υψηλότερες των 160km/hr. Στις εμπορευματικές μεταφορές, σε πολλές χώρες της Ευρώπης τα τρένα κινούνται με ταχύτητες της τάξης των km/hr.

57 Ασφάλεια Σιδηροδρομική ασφάλεια: Ο σιδηρόδρομος συγκρινόμενος με τα οδικά μέσα μεταφοράς για το ίδιο μεταφορικό έργο, είναι 30 φορές ασφαλέστερος.

58 Καιρικές συνθήκες Δρομολόγηση ανεξάρτητα από τις καιρικές συνθήκες: Η ασφάλεια κυκλοφορίας και γενικότερα η κίνηση ενός σιδηροδρομικού οχήματος δεν επηρεάζεται από τα έντονα καιρικά φαινόμενα σε βαθμό που να επιβάλλεται ματαίωση ενός προκαθορισμένου δρομολογίου (κανονικότητα δρομολογίων).

59 Μέσο φιλικό προς το περιβάλλον Για το ίδιο μεταφορικό έργο ο σιδηρόδρομος καταναλώνει πολύ λιγότερη ενέργεια από τα άλλα μέσα μεταφοράς. Για τον ίδιο αριθμό χιλιομέτρων ο σιδηρόδρομος καταναλώνει 2-3 φορές λιγότερη ενέργεια ανά μεταφερόμενο τόνο από ότι το οδικό μέσο και 10 φορές λιγότερη ενέργεια ανά προσφερόμενη θέση από ότι το αεροπλάνο. Προκαλεί πολύ λιγότερη ατμοσφαιρική ρύπανση. Τα ηλεκτροκίνητα τρένα δε ρυπαίνουν το περιβάλλον ενώ τα ντηζελοκίνητα προκαλούν 15 φορές λιγότερη μόλυνση από ότι τα οδικά (για το ίδιο μεταφορικό έργο).

60 Ένας βαθμός ελευθερίας κίνησης Το σιδηροδρομικό όχημα, λόγω της παρουσίας των δυο σιδηροτροχιών, χαρακτηρίζεται από ένα μόνο βαθμό ελευθερίας κίνησης. Ο ένας βαθμός ελευθερίας διευκολύνει την αυτοματοποίηση πολλών λειτουργιών, όπως της σηματοδότησης, της πέδησης και της ηλεκτρικής έλξης. Αντίθετα, σε περίπτωση κινδύνου σύγκρουσης δυο αμαξοστοιχιών ή σύγκρουσης μιας αμαξοστοιχίας με ένα οποιοδήποτε εμπόδιο, η αποφυγή του ατυχήματος δε μπορεί να γίνει με ελιγμούς, όπως στο αυτοκίνητο.

61 Ένας βαθμός ελευθερίας κίνησης Η αποτροπή της σύγκρουσης στις περιπτώσεις αυτές επαφίεται στην έγκαιρη αντίληψη του κινδύνου από τον μηχανοδηγό και την αποτελεσματικότητα των συστημάτων πέδησης του συρμού. Για το λόγο αυτό, η λειτουργία της σηματοδότησης και της πέδησης στο σιδηρόδρομο πρέπει να χαρακτηρίζεται από υψηλό συντελεστή ασφαλείας. Τέλος, ο σιδηρόδρομος δεν έχει τη δυνατότητα να εξυπηρετήσει μετακινήσεις από «πόρτα σε πόρτα» (άκαμπτο σύστημα), όπως το αυτοκίνητο.

62 Καλή ψυχολογία για τον επιβάτη Μικρό εύρος κατάληψης Ο σιδηρόδρομος, εφόσον παρέχει ένα ικανοποιητικό επίπεδο εξυπηρέτησης, αντιμετωπίζεται θετικά από τους επιβάτες, διότι συγκρινόμενο με τα οδικά μέσα μεταφοράς και το αεροπλάνο: Έχει μεγαλύτερη άνεση χώρου όταν κινείται, μπορεί να μετακινηθεί περισσότερο, να επισκεφθεί το κυλικείο ή να εργαστεί μέσα στο τρένο. Απολαμβάνει τη θέα σε όλη τη διάρκεια της διαδρομής. Γενικότερα, χωρίς να οδηγεί ο ίδιος, μετακινείται «επί του εδάφους» κάτι που είναι ψυχολογικά γενικά περισσότερο αποδεκτό. Για το ίδιο μεταφορικό έργο το εύρος κατάληψης μιας σιδηροδρομικής γραμμής είναι 3 φορές περίπου μικρότερο από ότι μιας οδικής υποδομής.

63 Αυξημένες απαιτήσεις στη χάραξη Η χάραξη μιας σιδηροδρομικής γραμμής έχει συγκριτικά με τη χάραξη μιας οδού μεγαλύτερες απαιτήσεις τόσο ως προς την οριζοντιογραφία, όσο και ως προς τη μηκοτομή. Στην οριζοντιογραφία, οι ακτίνες στον υπεραστικό και προαστιακό σιδηρόδρομο πρέπει να είναι στην «ελεύθερη» γραμμή (εκτός περιοχής σταθμών) μεγαλύτερες των μ. Στη μηκοτομή, η αποδοτική εκμετάλλευση ενός σιδηροδρομικού δικτύου οριοθετεί τις κλίσεις του υπεραστικού και προαστιακού σιδηρόδρομου στο 3-4% με συνήθεις κλίσεις μικρότερες του 2-2,5%. (οι αντίστοιχες τιμές στη μηκοτομής οδοποιίας είναι 7-8%).

64 Αυξημένες απαιτήσεις στη χάραξη Ενδεικτικά, οι μέγιστες κατά μήκος κλίσεις για το σιδηρόδρομο είναι οι εξής: Καλωδιοκίνητος (10-90%) Οδοντωτός (8-48%) Τροχιόδρομος (τραμ) (7-8%) Μητροπολιτικός σιδηρόδρομος (Μετρό) (5%) Δίκτυο υψηλών ταχυτήτων (3,5%) Συμβατικός υπεραστικός/ προαστιακός σιδηρόδρομος (3-4%)

65 Μικρός συντελεστής πρόσφυσης Στο σιδηρόδρομο, η επιφάνεια επαφής τροχού σιδηροτροχιάς, χαρακτηρίζεται από μικρό συντελεστή πρόσφυσης. Στα οδικά μέσα μεταφοράς, ο συντελεστής αυτός είναι κατά 3 φορές περίπου μεγαλύτερος. Ο μικρός συντελεστής πρόσφυσης δρα αρνητικά σε δυο βασικές λειτουργίες, στην πέδηση και στην εκκίνηση του συρμού. Το μεγάλο μήκος πέδησης που απαιτείται για την ακινητοποίηση του συρμού θέτει αυτόματα ένα άνω όριο στις ταχύτητες και τις κατά μήκος κλίσεις. Οι φθορές που δημιουργούνται στην επιφάνεια επαφής τροχούσιδηροτροχιάς από τις δυνάμεις τριβής, επιβαρύνουν οικονομικά σε μεγάλο βαθμό τη συντήρηση και τη λειτουργία ενός σιδηροδρομικού δικτύου.

66 Μικρός συντελεστής πρόσφυσης Μήκος πέδησης για διάφορα μεταφορικά μέσα: Boeing 747, 200km/hr: 1500μ Οδικό όχημα, 120km/hr: 95μ Οδικό φορτηγό, 80km/hr: 60μ Εμπορικός συρμός, 80km/hr: 700μ Συρμός TGV, 270km/hr: 3000μ

67 Σκληρή Κύλιση Σκληρή κύλιση: Η σκληρή κύλιση σιδήρου σιδήρου που χαρακτηρίζει το σύστημα τροχού σιδηροτροχιάς αυξάνει το θόρυβο της κύλισης, με αποτέλεσμα να απαιτούνται μέτρα μείωσης της ηχορύπανσης τόσο εντός του αμαξώματος, όσο και στον περιβάλλοντα υπαίθριο χώρο.

68 Πυκνότητα δικτύου Μικρή πυκνότητα δικτύου: Στο σιδηρόδρομο υπάρχει η δυνατότητα ένωσης, τομής, διχασμού και σύνδεσης γραμμών σε συγκεκριμένα σημεία του δικτύου. Οι παραπάνω συνθήκες εξασφαλίζονται με την κατάλληλη διαμόρφωση της επιδομής στην εγγύς περιοχή του υπόψιν σημείου με τη βοήθεια ειδικών κατασκευών που ονομάζονται σχηματισμοί γραμμής (διακλαδώσεις, διασταυρώσεις κλπ). Ωστόσο, η ανάπτυξη του σιδηροδρομικού δικτύου στο επίπεδο πυκνότητας του οδικού είναι και τεχνικά δύσκολη (αν όχι αδύνατη) και οικονομικά ασύμφορη.

69 Η τεχνική και οι δυνατότητες του σιδηροδρόμου Ο σιδηρόδρομος είναι ίσως η μόνη τεχνολογία που κατά τη διάρκεια της εξελικτικής της πορείας γνώρισε αρχικά περίοδο μεγάλης ακμής, πέρασε στη συνέχεια μια περίοδο έντονης αμφισβήτησης και την τελευταία δεκαετία κατόρθωσε, όχι μόνο να ανακάμψει αλλά να αποτελεί, για πολλές χώρες, τεχνολογία αιχμής.

70 Έλξη συρμού Το πρόβλημα έλξης των σιδηροδρομικών συστημάτων παρουσιάζεται υπό δυο μορφές: Προσδιορισμός του φορτίου που μπορεί να έλξει υπό ορισμένες συνθήκες ένας συγκεκριμένος τύπος έλκοντος οχήματος. Προσδιορισμός του κατάλληλου τύπου έλκοντος οχήματος που μπορεί να έλξει, υπό ορισμένες συνθήκες ένα συγκεκριμένο φορτίο.

71 Έλξη συρμού Για τη λύση αυτών των προβλημάτων είναι απαραίτητη η γνώση των ελκτικών στοιχείων που είναι: Η συνολική αντίσταση του συρμού. Η ισχύς του κινητήρα ή των κινητήρων. Η δύναμη έλξης που αναπτύσσεται στα επίσωτρα των κινητήριων τροχών. Η δύναμη πρόσφυσης που αναπτύσσεται στην επιφάνεια επαφής τροχού σιδηροτροχιάς των κινητήριων τροχών.

72 Αντιστάσεις συρμού Η κινητήρια δύναμη του έλκοντος οχήματος πρέπει να υπερνικήσει μια σειρά αντιστάσεων που αναπτύσσονται από διάφορες αιτίες: Συνολική Αντίσταση W Αντίσταση κίνησης Wk Βασική αντίσταση Wβ Αντίσταση αέρα Wα Αντίσταση γραμμής Wγ Αντίσταση κατά μήκος κλίσης Wi Αντίσταση καμπυλών Wr Αντίσταση επιτάχυνσης Wε

73 Αντίσταση κίνησης

74 Έλκοντα οχήματα

75 Ελκόμενα οχήματα Για τα ελκόμενα οχήματα χρησιμοποιείται συνήθως η έννοια της ειδικής αντίστασης κίνησης W ΚΟ η οποία εκφράζεται σαν αντίσταση κίνησης ανά μονάδα βάρους. Γαλλικοί Σιδηρόδρομοι Γερμανικοί Σιδηρόδρομοι Σχέση Davis (ΗΠΑ) Τροποποιημένη σχέση Davis (ΗΠΑ)

76 Αντίσταση γραμμής

77 Ισχύς κινητήρων και δύναμη έλξης Ένας σιδηροδρομικός συρμός έχει ένα τουλάχιστον κινητήριο όχημα που έλκει τα υπόλοιπα (ελκόμενα) οχήματα. Σε περίπτωση μεγάλων κατά μήκος κλίσεων η για μεγαλύτερες επιδόσεις σε ταχύτητα και μεταφερόμενο φορτίο, χρησιμοποιούνται συχνά δυο κινητήρια οχήματα (διπλή έλξη) που τοποθετούνται συνήθως στην αρχή και στο τέλος του συρμού. Οι κινητήρες των ελκόντων οχημάτων (ένας ή περισσότεροι) δίνουν κίνηση στους λεγόμενους «κινητήριους άξονες». Η μετάδοση της κίνησης γίνεται μέσω μηχανικών και υδραυλικών συστημάτων ή ηλεκτρικά.

78 Ισχύς κινητήρων και δύναμη έλξης Η ισχύς που παρέχουν οι κινητήρες διακρίνεται σε ονομαστική και ωφέλιμη. Η ονομαστική ισχύς είναι η αρχικά παρεχόμενη ισχύς όπως προδιαγράφεται από τον κατασκευαστή του κινητήρα και ένα μέρος της χάνεται κατά τη μετάδοση της κίνησης από τον άξονα του κινητήρα στα επίσωτρα των τροχών. Η ισχύς που απομένει ονομάζεται ωφέλιμη ισχύς (Pt) και είναι αυτή που πραγματικά διατίθεται για την κίνηση των κινητήριων μονάδων και το όλου συρμού. Η δύναμη που προέρχεται από την ωφέλιμη ισχύ της κινητήριας μονάδας και ενεργεί στα επίσωτρα των τροχών, ονομάζεται ελκτική δύναμη επισώτρων (Ft). Η δύναμη που ενεργεί στο επίπεδο των αξόνων ονομάζεται δύναμη έλξης ή ελκτική δύναμη (Fε).

79 Ισχύς κινητήρων και δύναμη έλξης

80 Δύναμη Πρόσφυσης

81 Δύναμη Πρόσφυσης Ο συντελεστής πρόσφυσης: Μειώνεται με την αύξηση της ταχύτητας. Η μεταβολή είναι ιδιαίτερα έντονη για ταχύτητες μικρότερες των 20km/h. Αυξάνεται με την αύξηση του κατακόρυφου φορτίου των τροχών (βάρος πρόσφυσης). Εξαρτάται από το υλικό των επισώτρων των τροχών και της επιφάνειας κύλισης των σιδηροτροχιών και γενικότερα της κατάστασης της επαφής τροχών σιδηροτροχιάς. Μειώνεται σημαντικά με την υγρασία, την ομίχλη, τις πρώτες σταγόνες βροχής, με την πτώση φύλλων στις γραμμές και τη λίπανση των σιδηροτροχιών. Η τιμή του συντελεστή πρόσφυσης υπολογίζεται με πειραματικές δοκιμές και προκύπτει μετά από μετρήσεις για κάθε τύπο συρμού ξεχωριστά.

82 Συνθήκη έλξης συρμού

83 Συστήματα έλξης συρμών Ανάλογα με την πηγή ενέργειας που χρησιμοποιείται για την κίνηση των συρμών διακρίνονται τα παρακάτω συστήματα έλξης: Ατμοκίνηση Ντηζελοκίνηση Ηλεκτροκίνηση Αεριοστροβιλοκίνηση

84 Ατμοκίνηση Για περισσότερα από 130 χρόνια το ατμός αποτέλεσε το κύριο σύστημα έλξης του σιδηροδρόμου. Στο χρονικό αυτό διάστημα κατασκευάστηκαν σ όλο τον κόσμο πολλοί τύποι ατμαμαξών (Buffering Billy 1813, Rocket 1829, Saxonia 1838, Crampton 1846, Mallet 1876, De Glehn 1838, Pacific 1907).

85 Ατμοκίνηση Η ατμάμαξα χρησιμοποίησε για την κίνηση της σαν καύσιμη ύλη τον άνθρακα και το πετρέλαιο (μαζούτ). Οι εμβολοφόρες παλινδρομικές άμαξες και οι ατμάμαξες με ειδικό καυστήρα αποτέλεσαν δυο κλασικούς τύπους μηχανών που κινήθηκαν αντίστοιχα με άνθρακα και πετρέλαιο. Οι ατμάμαξες με ειδικό καυστήρα είναι πιο πρόσφατες και χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά σε ορισμένες Πολιτείες των ΗΠΑ όπου το πετρέλαιο αφθονούσε σαν εγχώριο προϊόν. Με την καύση η θερμική ενέργεια του άνθρακα ή του πετρελαίου αποθηκεύεται ως δυναμική ενέργεια πίεσης συρμού και μετατρέπεται στη συνέχεια σε κινητική ενέργεια του συρμού.

86 Ατμοκίνηση Οι ατμάμαξες ανάλογα με τις συνθήκες εκμετάλλευσης και τα τεχνικά τους χαρακτηριστικά διακρίνονται στις ακόλουθες βασικές κατηγορίες ως προς τα εξής χαρακτηριστικά: Λειτουργικότητα (ταχείες, επιβατικές, εμπορικές, ελιγμών). Χρησιμοποιούμενος ατμός (υγρού ή κεκορεσμένου ατμού, ξηρού ή υπέρθερμου ατμού). Τρόπος μετάδοσης της κίνησης (εμβολοκίνητες, στροβιλοκίνητες). Αριθμός ατμοκυλίνδρων (δικύλινδρες, τρικύλινδρες, τετρακύλινδρες). Αριθμός και θέση των αξόνων (2,3,4,5,6 και σπάνια 7 αξόνων). Διάταξη μεταφοράς των αναγκαιούντων υλικών τροφοδοσίας ατμού νερού και καυσίμου (εφοδιοφόρος ατμάμαξα).

87 Ντηζελοκίνηση Η πετρελαιοκίνηση των συρμών χρονολογείται λίγο πριν από το Β Παγκόσμιο Πόλεμο, αναπτύχθηκε όμως μετά το τέλος του. Οι ντηζελάμαξες κινούνται με τη βοήθεια ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης που ονομάζεται κινητήρας DIESEL, από το όνομα του Γερμανού εφευρέτη του. Στις ντηζελάμαξες η μετάδοση της κίνησης γίνεται με τους παρακάτω τρόπους: Μηχανική μετάδοση Υδραυλική μετάδοση Ηλεκτρική μετάδοση Μετάδοση με πεπιεσμένο αέρα

88 Αεριοστροβιλοκίνηση Βασικό στοιχείο στις άμαξες αυτές αποτελεί ο αεριοστροβιλοκινητήρας, η λειτουργία του οποίου οφείλεται στη μέσω αυτού εκτόνωση υπέρθερμων και υπό πίεση καυσαερίων. Τα καυσαέρια αυτά δημιουργούνται σε ειδικό θάλαμο καύσης, όπου κατά προγραμματισμένα χρονικά διαστήματα, διοχετεύεται αέρας με ισχυρή πίεση, ενώ παράλληλα εκτοξεύεται και το καύσιμο. Για πρώτη φορά χρησιμοποιήθηκαν αεριοστροβιλάμαξες το 1941 στους ελβετικούς σιδηροδρόμους. Ακολούθησαν και άλλες εφαρμογές σε διάφορες χώρες στην Ευρώπη και τις ΗΠΑ, κυρίως για την έλξη βαρέων φορτίων.

89 Ηλεκτροκίνηση Οι πρώτες εφαρμογές της ηλεκτρικής έλξης σε σιδηροδρομικά οχήματα έγιναν σε υπόγειες αστικές γραμμές και σε ορεινά δίκτυα στις αρχές του 20 ου αιώνα. Παραδείγματα αποτελούν ο αστικός σιδηρόδρομος του Παρισιού (1900) και οι Ελβετικοί ορεινοί σιδηρόδρομοι. Η ηλεκτροκίνηση των μεγάλων γραμμών άρχισε με μεγάλη καθυστέρηση (1920) και μια από τις αιτίες ήταν η ανάγκη συντονισμένης έρευνας ως προς το είδος και την τάση του ρεύματος τροφοδοσίας. Οι ηλεκτράμαξες 2D2 κυκλοφόρησαν για πρώτη φορά το 1935 και αποσύρθηκαν από την κυκλοφορία μόλις το Το 1955, δυο ηλεκτράμαξες των Γαλλικών σιδηροδρόμων (BB9004, CC7107) κατέρριψαν το ισχύον μέχρι τότε παγκόσμιο ρεκόρ ταχύτητας με 331km/h.

90 Αυτοκινητάμαξες Ο ανταγωνισμός του αυτοκινήτου υποχρέωσε το σιδηρόδρομο να προσπαθήσει να εκμεταλλευτεί τις μικρές αποστάσεις, με πιο οικονομικό και αποτελεσματικό τρόπο. Οι πρώτες αυτοκινητάμαξες εμφανίστηκαν το 1931 και η εξέλιξή τους υπήρξε ραγδαία. Οι αυτοκινητάμαξες είναι ουσιαστικά έλκοντα σιδηροδρομικά οχήματα, τα οποία μπορούν να μεταφέρουν και έναν ορισμένο αριθμό επιβατών. Μπορούν να κινηθούν και στις δυο κατευθύνσεις, χωρίς ανάγκη περιστροφής (αμφίδρομη κίνηση). Ανάλογα με το είδος έλξης διακρίνονται σε ηλεκτροκίνητες (automotrices), ντηζελοκίνητες (autorails) και αεριοστροβιλοκίνητες.

91 Αυτοκινητάμαξες Οι αυτοκινητάμαξες κυκλοφορούν ανάλογα με τις ανάγκες, είτε μόνες τους, είτε σε συνδυασμό με άλλα ελκόμενα οχήματα, είτε συζευγμένες με άλλες. Η ισχύς των αυτόνομων αυτοκινηταμαξών κυμαίνεται από HP, ενώ η μέγιστη ταχύτητα που μπορούν να αναπτύξουν κυμαίνεται μεταξύ km/h. Οι αυτοκινητάμαξες έχουν μεγάλες επιταχύνσεις και είναι το πλέον κατάλληλο σιδηροδρομικό όχημα για να εξυπηρετήσει μικρές σχετικά αποστάσεις με μεγάλη συχνότητα ενδιάμεσων στάσεων. Χρησιμοποιούνται ευρύτατα για την εξυπηρέτηση προαστιακών μετακινήσεων, αλλά η χρήση τους έχει επεκταθεί και για μεγαλύτερες αποστάσεις (με κατάλληλα διαμόρφωση του τροχαίου υλικού).

92 Σύγκριση συστημάτων έλξης Τύπος έλκοντος οχήματος Λειτουργικά χαρακτηριστικά ελκόντων οχημάτων Ταχύτητα πορείας km/h (max) Ισχύς HP (max) Ηλεκτράμαξες ( ) Ντηζελάμαξες ( ) Αεριοστροβιλάμ αξες Βάρος κατ άξονα (t) Πηγή ενέργειας ή καύσιμη ύλη Ηλεκτρικό ρεύμα Είδος εκμετάλλευσης Εμπορευματική Επιβατική Πετρέλαιο Εμπορευματική Επιβατική Φυσικό αέριο Επιβατική Αυτοκινητάμαξες Ηλεκτρικό ρεύμα, φυσικό αέριο, πετρέλαιο Ατμάμαξες Άνθρακας (πετρέλαιο) Επιβατική Εμπορευματική Επιβατική

93 Σύγκριση Ντηζελοκίνησης / Ατμοκίνησης Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα ατμαμαξών και ντηζελαμαξών. Συγκριτική παρουσίαση Ατμάμαξες Ντηζελάμαξες (-) Μη δυνατότητα αμφίδρομης κίνησης (+) Δυνατότητα αμφίδρομης κίνησης (-) Χαμηλότερες ταχύτητες ( km/h) (+) Υψηλότερες ταχύτητες ( km/h) (-) Μεγαλύτερη ατμοσφαιρική ρύπανση (+) Μικρότερη ατμοσφαιρική ρύπανση (-) Μικρότερη αυτονομία (+) Μεγαλύτερη αυτονομία (-) Μεγαλύτερο κόστος συντήρησης (+) Μικρότερο κόστος συντήρησης (-) Μικρός συντελεστής απόδοσης καύσιμης ύλης (6%) και μικρότερο όριο μηχανικής ισχύος (<3000HP) (+) Μεγαλύτερη μηχανική απόδοση και υψηλότερο όριο μηχανικής ισχύος (6000HP)

94 Σύγκριση Ντηζελοκίνησης / Ατμοκίνησης Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα ατμαμαξών και ντηζελαμαξών. Συγκριτική παρουσίαση Ατμάμαξες Ντηζελάμαξες (-) Χρονοβόρα διαδικασία ανεφοδιασμού (+) Ετοιμότητα ως προς τη ζήτηση (-) Μεγαλύτερο βάρος κατ άξονα (29t) (+) Μικρότερο βάρος κατ άξονα (17-25t) (-) Απαίτηση εγκαταστάσεων ύδρευσης κατά μήκος της διαδρομής (-) Έλλειψη καλής ποιότητας καύσιμης ύλης (καύσιμο) (+) Δεν απαιτούνται ειδικές εγκαταστάσεις κατά τη διάρκεια της διαδρομής (-) Αυξημένος κίνδυνος πυρκαγιάς (+) Μειωμένος κίνδυνος πυρκαγιάς (-) Απαιτεί κοπιώδη εργασία για τον μηχανοδηγό (-) Μικρότερη καθαριότητα και άνεση για τον επιβάτη (+) Όχι ιδιαίτερα κοπιώδης εργασία για το μηχανοδηγό (+) Μεγαλύτερη καθαριότητα και άνεση για τον επιβάτη

95 Σύγκριση Ηλεκτροκίνησης / Ντηζελοκίνησης Η σύγκριση της ηλεκτρικής με τη μηχανική έλξη βασίζεται σε 4 κριτήρια: Τεχνικό κριτήριο Ενεργειακό κριτήριο Οικονομικό κριτήριο Περιβαλλοντικά κριτήρια Σύγκριση με βάση το Τεχνικό κριτήριο Ως προς τις τεχνικές επιδόσεις η ηλεκτρική έλξη υπερτερεί της μηχανικής στα εξής σημεία (+): Δυνατότητα παροχής μεγαλύτερης ωφέλιμης ισχύος (20-25KW/t ντηζελάμαξας, 50-55KW/t ηλεκτράμαξας). Δυνατότητα ανάπτυξης μεγάλων ελκτικών δυνάμεων, στιγμιαία ή σε μικρά χρονικά διαστήματα.

96 Σύγκριση Ηλεκτροκίνησης / Ντηζελοκίνησης Σύγκριση με βάση το Τεχνικό κριτήριο Ως προς τις τεχνικές επιδόσεις η ηλεκτρική έλξη υπερτερεί της μηχανικής στα εξής σημεία (+): Δυνατότητα εφαρμογής, σε μεγάλα υψόμετρα χωρίς ενεργειακές απώλειες. Καλύτερες επιδόσεις σε δίκτυα με μεγάλα τμήματα υπόγειας διαδρομής. Απ ευθείας τροφοδότηση με ηλεκτρική ενέργεια των συστημάτων φωτισμού, κλιματισμού και άλλων βοηθητικών λειτουργιών. Ανάπτυξη υψηλότερων ταχυτήτων. Αποτελεσματικότερη τροχοπέδηση των συρμών. Περισσότερο κατάλληλη για σύστημα ηλεκτρικής σηματοδότησης.

97 Σύγκριση Ηλεκτροκίνησης / Ντηζελοκίνησης Σύγκριση με βάση το Τεχνικό κριτήριο Αντίθετα οι ηλεκτράμαξες (-): Δεν έχουν αυτονομία και η κίνηση τους εξαρτάται άμεσα από την κατάσταση του δικτύου ηλεκτροκίνησης. Απαιτούν ειδική εκπαίδευση για τους μηχανοδηγούς. Απαιτούν επεμβάσεις στο σύστημα ηλεκτρικής σηματοδότησης. Απαιτούν τη λήψη ειδικών μέτρων για προστασία έναντι ατυχημάτων (αφορούν το προσωπικό λειτουργίας και συντήρησης). Το τεχνικό κριτήριο δίνει καθαρά προτεραιότητα στην ηλεκτρική έλξη. Τα τρένα υψηλών ταχυτήτων (>200km/h) είναι υποχρεωτικά ηλεκτροκίνητα.

98 Σύγκριση Ηλεκτροκίνησης / Ντηζελοκίνησης Σύγκριση με βάση το Ενεργειακό κριτήριο Η κατανάλωση ενέργειας δεν καταδικάζει κανένα από τα δυο συστήματα έλξης. Η απόδοση ενός τόνου πετρελαίου είναι σχεδόν ίδια, είτε αυτό καίγεται σ ένα κεντρικό σταθμό της Δ.Ε.Η. και διοχετεύεται υπό μορφή ηλεκτρικής ενέργειας στον αγωγό επαφής, είτε καίγεται σε έναν κινητήρα (Diesel) εσωτερικής καύσης μιας ντηζελάμαξας. Η απόδοση μιας ντηζελάμαξας και μιας ηλεκτράμαξας συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος κυμαίνεται περίπου στο ίδιο επίπεδο.

99 Σύγκριση Ηλεκτροκίνησης / Ντηζελοκίνησης Σύγκριση με βάση το Οικονομικό κριτήριο Σε μια μελέτη ηλεκτροκίνησης υπεισέρχονται δυο παράμετροι. Κόστος κατασκευής που είναι ανεξάρτητο από το φόρτο κυκλοφορίας. Κόστος εκμετάλλευσης που είναι ανάλογο της κυκλοφορίας. Ανεξάρτητα λοιπόν από τα τεχνικά κριτήρια που δίνουν προτεραιότητα στην ηλεκτρική έλξη, οικονομικά η ηλεκτροκίνηση συμφέρει όταν η κυκλοφορία ξεπερνά ένα συγκεκριμένο όριο (όριο απόδοσης). Κάτω από αυτό το όριο ο προτιμότερος τρόπος έλξης είναι αυτός που προϋποθέτει μικρότερα ετήσια έξοδα.

100 Σύγκριση Ηλεκτροκίνησης / Ντηζελοκίνησης Σύγκριση με βάση τα Περιβαλλοντικά κριτήρια Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις δίνουν ξεκάθαρα προβάδισμα στην ηλεκτρική έλξη. Οι ηλεκτράμαξες, αντίθετα με τις ντηζελάμαξες, δε ρυπαίνουν την ατμόσφαιρα. Ωστόσο, υφίστανται ορισμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις, όπως: Οπτική όχληση κατά μήκος της γραμμής λόγω των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων (στύλοι ηλεκτροκίνησης, γραμμή επαφής, υποσταθμοί). Ατμοσφαιρική ρύπανση λόγω της χρήσης πολυχλωρο-διφενυλίου στους μετασχηματιστές, τόσο στον ηλεκτρικό εξοπλισμό το τροχαίου υλικού όσο και στους υποσταθμούς. Ασυνέχειες στην επαφή εναέριων καλωδίων παντογράφων (για V>160km/h) με αποτέλεσμα την παραγωγή θορύβου λόγω του φαινομένου του ηλεκτρικού τόξου (arcing noise).

101 Σύγκριση Ντηζελοκίνησης / Αεριοστροβιλοκίνησης Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα ντηζελαμαξών και αεριοστροβιλαμαξών. Συγκριτική παρουσίαση Ντηζελάμαξες Αεριοστροβιλάμαξες (-) Συνθετότεροι κινητήρες (+) Απλούστερη σύνθεση κινητήρα (-) Ακριβότερη καύσιμη ύλη (+) Χρησιμοποίηση φθηνότερης καύσιμης ύλης (-) Χαμηλότερες ταχύτητες ( km/h) (+) Υψηλότερες ταχύτητες (200km/h) (-) Βαρύτερες (17-25t/άξονα) (+) Ελαφρύτερες (16-18t/άξονα) (+) Μεγαλύτερη απόδοση (-) Πολύ μικρότερη απόδοση (-) Χειρότερη αναλογία απόδοσης κινητήρων / βάρους κινητήρων (+) Καλύτερη αναλογία απόδοσης κινητήρων/ βάρους κινητήρων (+) Μικρότερη κατανάλωση ενέργειας (-) Μεγάλη κατανάλωση ενέργειας

102 Η έλξη στο σιδηρόδρομο Για να εξασφαλίζεται ανά πάσα στιγμή η κίνηση ενός συρμού πρέπει η δύναμη έλξης στα επίσωτρα να είναι μεγαλύτερη της αντίστασης κίνησης και μικρότερη της δύναμης πρόσφυσης. Η ηλεκτροκίνηση επιβάλλεται σε γραμμές με ταχύτητες σχεδιασμού 180km/h, σε γραμμές που διέρχονται μέσα από αστικό / περιαστικό ιστό και γενικότερα από ευαίσθητες όσον αφορά την ατμοσφαιρική ρύπανση περιοχές και τέλος σε γραμμές με μεγάλο φόρτο κυκλοφορίας και πυκνές στάσεις.

103 Μελέτη της επιφάνειας επαφής τροχού - σιδηροτροχιάς Βαθμοί ελευθερίας συμβατικού σιδηροδρομικού άξονα. Γεωμετρία της επαφής τροχού σιδηροτροχιάς. Οι τροχοί θεωρούνται κωνικοί και η κεφαλή των σιδηροτροχιών σφαιρική. Μαθηματική επίλυση Η έννοια της ισοδύναμης κωνικότητας Υπολογισμός της ισοδύναμης κωνικότητας Διαμήκης και εγκάρσια ψευδό-ολίσθηση Διαμήκης ψευδό-ολίσθηση Εγκάρσια ψευδό-ολίσθηση Spin Γραμμική θεωρία του Kalker

104 Φορτία ασκούμενα επί της σιδηροδρομικής γραμμής Στη σιδηροδρομική γραμμή ασκούνται φορτία κατακόρυφα, εγκάρσια και κατά τη διαμήκη έννοια (διαμήκη). Εκτός από τα φορτία που μπορεί να εμφανιστούν σε περίπτωση σεισμού όλα τα υπόλοιπα προέρχονται από το τροχαίο υλικό που κυκλοφορεί σ αυτήν (φορτία κυκλοφορίας). Τα κατακόρυφα φορτία ασκούνται αρχικά στην επιφάνεια κύλισης των σιδηροτροχιών (ελλειψοειδής επιφάνεια επαφής τροχού σιδηροτροχιάς) και στη συνέχεια, μέσω των διαφόρων ελαστικών στοιχείων της σιδηροδρομικής οδού μεταφοράς, μεταδίδονται μέχρι την υπόβαση. Κατά τη μετάδοση τους, το εμβαδόν της επιφάνειας εφαρμογής των εσωτερικών δυνάμεων μεγαλώνει, ενώ συγχρόνως η αναπτυσσόμενη τάση μειώνεται.

105 Φορτία ασκούμενα επί της σιδηροδρομικής γραμμής Τα εγκάρσια φορτία μεταβιβάζονται από τους τροχούς αρχικά στις σιδηροτροχιές είτε μόνο μέσω της επιφάνειας κύλισης των σιδηροτροχιών (όταν δεν υπάρχει επαφή ονύχων τροχών σιδηροτροχιών), είτε μέσω και των ονύχων των τροχών (όταν υπάρχει επαφή). Στη συνέχεια, τα φορτία μεταδίδονται μέσω των υπόλοιπων στοιχείων της εσχάρας γραμμής (ελαστικό υπόθεμα, σύνδεσμοι, στρωτήρες) στην έδραση της γραμμής. Τα διαμήκη φορτία ασκούνται αρχικά στην επιφάνεια κύλισης των σιδηροτροχιών και στη συνέχεια, όπως και τα εγκάρσια φορτία, μεταδίδονται στην έδραση της γραμμής.