Σχεδιασμός και Λειτουργία Σιδηροδρομικών Συστημάτων 13 η Διάλεξη Ανασκόπηση μαθήματος

Transcript

1 Σχεδιασμός και Λειτουργία Σιδηροδρομικών Συστημάτων 13 η Διάλεξη Ανασκόπηση μαθήματος Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Γαλάνης Αθανάσιος Πολιτικός Μηχανικός MSc, PhD

2 Αντικείμενο Περιεχόμενο Μαθήματος: Εισαγωγή Γενικές αρχές σχεδιασμού Σχεδιασμός και λειτουργία μέσων σταθερής τροχιάς Σιδηροδρομικά συστήματα/ δίκτυα Επιδομή και υποδομή Σιδηροδρομικά οχήματα Βασικά κατασκευαστικά στοιχεία Εισαγωγή στη δυναμική καταπόνηση των οχημάτων σταθερής τροχιάς Ηλεκτροκίνηση Σιδηροδρομικοί σταθμοί

3 Αντικείμενο Περιεχόμενο Μαθήματος (συνέχεια): Σήματα και εγκαταστάσεις ασφαλείας Μητροπολιτικοί σιδηρόδρομοι Ειδικοί σιδηρόδρομοι (οδοντωτοί, σχοινόσυρτοι) Συσχέτιση και σύνδεση σιδηροδρομικών συστημάτων/ δικτύων με άλλα μεταφορικά συστήματα Σιδηρόδρομοι υψηλών ταχυτήτων Υλικό παρουσιάσεων στο Eclass Η συγκεκριμένη παρουσίαση περιγράφει συνοπτικά τα σημαντικότερα στοιχεία του μαθήματος. Η εξεταστέα ύλη περιλαμβάνει το σύνολο των διαλέξεων (θεωρία και ασκήσεις), καθώς και την προτεινόμενη βιβλιογραφία!

4 Προτεινόμενη βιβλιογραφία Γιαννακός Κ., «Δράσεις στη Σιδηροδρομική Γραμμή, εκδ. Παπαζήση, Αθήνα, 2002 Giannakos K., Actions on the Railway Track, Papazisis publications, Athens, 2004 Γιαννακός Κ., «Επιλεγμένα Θέματα Σιδηροδρομικής», Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, 2008 Πυργίδης Χ., «Σχεδιασμός και Κατασκευή Σιδηροδρομικής Γραμμής», Θεσσαλονίκη, 2003 Esveld C., Modern Railway Track, MRT Productions, The Netherlands, 2004 Hay W., Railway Engineering, John Wiley and sons, 1982 Kerr A., Fundamentals of Railway Engineering, Simons-Boardman Books, Omaha, USA, 2003 AREMA, Manual for Railway Engineering, Revised Version

5 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 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. 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. Οι σιδηρόδρομοι παρέχουν σε σχέση με τα αντίστοιχα οδικά μέσα, πλεονέκτημα 10 προς 1, όσον αφορά την οικονομία καυσίμων και την παραγωγικότητα της εργασίας.

6 Η εποχή και η παρακμή των σιδηροδρόμων Οι σιδηρόδρομοι αναπτύχθηκαν γρήγορα το 19 ο αιώνα Περί τα μέσα του 20 ου αιώνα, οι σιδηρόδρομοι έχασαν την κυριαρχία 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. Μετά τα μέσα του 20 ου 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)

7 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 διακίνησης επεξεργασμένων εμπορευμάτων με μεγάλες σχετικά ταχύτητες.

8 Η νέα εποχή των σιδηροδρόμων 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.

9 Η τεχνολογική εξέλιξη των σιδηροδρόμων Στο πρώτο μισό του 20 ου 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 που συνέβαλε στη βελτίωση της ποιότητας κύλισης, στην αύξηση της ωφέλιμης ζωής της γραμμής και στη μείωση των δαπανών συντήρησης.

10 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 20 ου 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 20 ου 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. 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.

11 Η τεχνολογική εξέλιξη των σιδηροδρόμων Βασική αιτία προώθησης της ηλεκτροκίνησης ήταν τη 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 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.

12 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 Καθαρισμό και συμπίεση έρματος Εντοπισμός σφαλμάτων ή φθορών στις σιδηροτροχιές με υπερήχους Ηλεκτρονικό 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.

13 Το μέλλον των σιδηροδρόμων Για περισσότερα από 100 χρόνια, ο σιδηρόδρομος αποτέλεσε τον κυρίαρχο τρόπο χερσαίας μεταφοράς στο μεγαλύτερο μέρος του πλανήτη. Ήταν και παραμένει το χερσαίο μέσο για τη μεταφορά επιβατών και εμπορευμάτων οπουδήποτε οδηγούν οι γραμμές, με πραγματικό κόστος μικρότερο από το αντίστοιχο των άλλων χερσαίων μεταφορικών μέσων ή του αεροπλάνου. Στην εποχή μας, τα άλλα μέσα μεταφοράς έχουν επίσης αναπτυχθεί σε τέτοιο βαθμό, ώστε να μπορούν να διεξάγουν συγκεκριμένες δραστηριότητες μεταφορές αποτελεσματικότερα απ ότι ο σιδηρόδρομος: Τα δίκτυα σωληνωτών αγωγών (pipelines) μπορούν να μεταφέρουν υγρά, καθώς 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.

14 Το μέλλον των σιδηροδρόμων Ο μελλοντικός ρόλος του σιδηροδρόμου ως εξειδικευμένου μεταφορέα θα διαφέρει ασφαλώς από χώρα σε χώρα, ανάλογα με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της. Παρόλα αυτά, σε γενικές γραμμές, ο σιδηρόδρομος θα συνεχίσει να είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικός στους παρακάτω τομείς: Στη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων χύδην φορτίων και επεξεργασμένα εμπορεύματα. Στη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων εμπορευματοκιβωτίων (containers) Στη μεταφορά μεγάλων αριθμών επιβατών (προαστικός σιδηρόδρομος, μετρό) Στις μεγάλης ταχύτητας intercity επιβατικές σιδηροδρομικές υπηρεσίες. Συνοψίζοντας, ο σιδηρόδρομος είναι περισσότερο αποτελεσματικός στη μεταφορά μεγάλου αριθμού επιβατών και μεγάλων ποσοτήτων φορτίου.

15 Το μέλλον των σιδηροδρόμων Κατά τη διερεύνηση του μελλοντικού ρόλου των σιδηροδρόμων, οι παρακάτω παράγοντες θα πρέπει επίσης να συνεκτιμηθούν: 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. 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 του τομέα αυτού.

16 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.

17 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 Το ανώτερο τμήμα της επιδομής που περιλαμβάνει τις σιδηροτροχιές, τους στρωτήρες, τους συνδέσμους και τα υλικά σύνδεσης σιδηροτροχιώνστρωτήρων καλείται «εσχάρα γραμμής» Το κατώτερο τμήμα της επιδομής που περιλαμβάνει το έρμα και τις υποκείμενες στρώσεις του, καλείται «έδραση» της γραμμής

18 Τεχνικά έργα 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

19 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)

20 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 κίνησης, είναι δηλαδή εφοδιασμένα με κινητήρες. Τα οχήματα αυτά ή εξυπηρετούν αποκλειστικά την έλξη των ελκόμενων οχημάτων και ονομάζονται «κινητήρια οχήματα» ή Επιτρέπουν συγχρόνως τη μεταφορά περιορισμένου σχετικά αριθμού επιβατών και ονομάζονται «αυτοκινητάμαξες» Κάθε σιδηροδρομικό όχημα, ελκόμενο ή κινητήριο, αποτελείται από τρία βασικά μέρη: Το αμάξωμα (ή κιβώτιο) Τα φορεία Τους άξονες

21 Εκμετάλλευση Η σιδηροδρομική εκμετάλλευση διακρίνεται σε τεχνική και εμπορική. Στις δραστηριότητες της τεχνικής εκμετάλλευσης περιλαμβάνονται κυρίως: Η παραγωγή και η χάραξη δρομολογίων Η 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 τεχνικής εκμετάλλευσης περιλαμβάνονται κυρίως: Ο καθορισμός των κομίστρων για τη μεταφορά των επιβατών και των εμπορευμάτων και γενικότερα θέματα τιμολογιακής πολιτικής. Θέματα marketing Η γενικότερα οργάνωση και διαχείριση των επιβατικών και εμπορευματικών μεταφορών.

22 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

23 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

24 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).

25 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 τροχώνσιδηροτροχιών Οι σιδηροτροχιές τοποθετούνται επί των στρωτήρων με κλίση (συνήθως 1/20 με 1/40) Η τοποθέτηση αυτή βελτιώνει την εγκάρσια ευστάθεια των οχημάτων

26 Κίνηση σε ευθυγραμμία 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 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)

27 Κίνηση σε ευθυγραμμία Στην περίπτωση του προηγούμενου σχήματος θα ισχύει: r2>r0>r1 (όπου r0 η ακτίνα κύλισης των δυο τροχών στη θέση της αρχικής ισορροπίας) 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

28 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

29 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

30 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 (1435mm)

31 Σιδηροδρομικά συστήματα έλξης Κινητήρια μονάδα (locomotive) ονομάζεται κάθε είδους αυτοκινούμενο (selfpropelled) όχημα, που χρησιμοποιείται για να κινεί σιδηροδρομικά βαγόνια πάνω στις γραμμές. Σήμερα, υπάρχουν δυο πηγές ισχύος μια κινητήριας μονάδας: Το πετρέλαιο και ο ηλεκτρισμός. Η ατμάμαξα (steam locomotive) αποτελεί αυτάρκη μονάδα, που φέρει το φορτίο νερού για την παραγωγή του ατμού, καθώς και κάρβουνο, πετρέλαιο ή ξυλεία για τη θέρμανση του βραστήρα. Η ντηζελάμαξα (diesel locomotive) φέρει επίσης το φορτίο καυσίμου, αλλά το προϊόν του ντηζελοκινητήρα δεν μπορεί να μεταβιβαστεί απευθείας στους τροχούς. Αντιθέτως, πρέπει να χρησιμοποιηθεί σύστημα μηχανικής, ηλεκτρικής ή υδραυλικής μετάδοσης. Η ηλεκτράμαξα (electric locomotive) δεν είναι αυτάρκης. Παίρνει ρεύμα από εναέριο καλώδιο ή Τρίτη σιδηροτροχιά που τρέχει παράλληλα με τις δυο κατευθύνσεις. Η τροφοδοσία με τρίτη σιδηροτροχιά (third-rail supply) χρησιμοποιείται μόνο σε αστικά σιδηροδρομικά συστήματα που λειτουργούν με συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα χαμηλής τάσης.

32 Ντηζελοκίνητη έλξη Σε σύγκριση με τις ατμάμαξες, οι ντηζελάμαξες παρουσίαζαν μεγάλα πλεονεκτήματα: Μπορούσαν να λειτουργούν για μεγάλες περιόδους χωρίς νεκρούς χρόνους για συντήρηση. Χρησιμοποιούσαν λιγότερη ενέργεια καυσίμων από την ατμάμαξα, δεδομένου ότι η θερμική τους αποδοτικότητα ήταν τέσσερις φορές μεγαλύτερη. Μπορούσαν επιταχύνουν ένα συρμό πολύ γρηγορότερα και να λειτουργούν σε μεγαλύτερες ταχύτητες, προκαλώντας μικρότερες φθορές στη σιδηροδρομική γραμμή. Η ντηζελο - ηλεκτροκίνητη κινητήρια μονάδα είναι στην πραγματικότητα μια ηλεκτράμαξα που φέρει τη δική της γεννήτρια παραγωγής ενέργειας, χωρίς το κόστος κατασκευής διανομής του συστήματος εναέριας τροφοδοσίας. Δεδομένου ότι η μεγάλη ιπποδύναμη είναι απαραίτητη για σιδηροδρόμους υψηλών ταχυτήτων, η ντηζελο ηλεκτρική μονάδα υστερεί έναντι της ηλεκτράμαξας στις επιβατικές υπηρεσίες υψηλών ταχυτήτων και στις ταχείες εμπορευματικές μεταφορές

33 Ηλεκτροκίνητη έλξη Η ηλεκτροκίνηση θεωρείται γενικώς ο οικονομικότερος και αποτελεσματικότερος τρόπος λειτουργίας ενός σιδηροδρομικού δικτύου, υπό τον όρο ότι: Υπάρχει διαθέσιμη φθηνή ηλεκτρική ενέργεια Η πυκνότητα της σιδηροδρομικής κυκλοφορίας δικαιολογεί την απαιτούμενη επένδυση. Σε αντίθεση με τις ατμάμαξες και ντηζελάμαξες, οι ηλεκτράμαξες όντας απλώς μηχανές μετατροπής και όχι παραγωγής ενέργειας, έχουν πλεονεκτήματα: Οι ηλεκτράμαξες μπορούν να καταφύγουν στους πόρους του δικτύου ηλεκτροκίνησης, ώστε να αναπτύξουν ισχύ πολύ μεγαλύτερη από την ονομαστική τους. Οι ηλεκτράμαξες είναι πιο αθόρυβες κατά τη λειτουργία τους από άλλος τύπους κινητήριων μονάδων και δεν παράγουν καπνό ή καυσαέρια. Οι ηλεκτράμαξες χρειάζονται λιγότερο χρόνο στο μηχανοστάσιο για συντήρηση, το κόστος συντήρησης είναι χαμηλό και έχουν μεγαλύτερη ωφέλιμη ζωή από τις ντηζελάμαξες.

34 Έλξη συρμού Έλξη: Η μετάδοση ισχύος του κινητήρα στη σιδηροτροχιά μέσω των κινητήριων τροχών με ταυτόχρονη μετατροπή της σε δυνάμεις κίνησης των συρμών Δύναμη Έλξης Ζ περ : Δράση στην περίμετρο των κινητήριων τροχών που μεταδίδεται στη γραμμή Δύναμη Αγκίστρου Ζ Α : Μεταδίδεται από το άγκιστρο της μηχανής έλξης στα βαγόνια Υπολογίζεται για οριζόντιο επίπεδο και ευθεία γραμμή με σταθερή ταχύτητα Δύναμη Αγκίστρου Ζ Α : Χρησιμοποιείται για τη μείωση της ταχύτητας/ πέδηση του συρμού, καθώς και για διατήρηση της ταχύτητας στις κατωφέρειες Λαμβάνεται από διαγράμματα ταχύτητας πέδησης

35 Αντιστάσεις Αντιστάσεις W Όλες οι δυνάμεις που δρούνε ενάντια στην κατεύθυνση κίνησης του συρμού επί οριζοντίου επιπέδου Προέρχονται κυρίως από την αεροδυναμική και την τριβή Αντιστάσεις γραμμής W Γ Προέρχονται από την κίνηση του συρμού σε οριζοντιογραφική καμπύλη και κατά μήκος κλίση Αδρανειακή αντίσταση Όταν σε ορισμένα τμήματα υφίσταται πλεόνασμα δύναμης έλξης Ζ γ

36 Εκκίνηση επιτάχυνση συρμού Η κίνηση του συρμού πραγματοποιείται όταν: Η ωφέλιμη δύναμη έλξης Ζ εξουδετερώνει τις εμφανιζόμενες αντιστάσεις W Εμφανίζει πλεόνασμα δύναμης με το οποίο ο συρμός επιταχύνει Μετάδοση της δύναμης από τον τροχό στη σιδηροτροχιά Βάρος τριβής Συντελεστής στατικής τριβής Και οι δυο παράμετροι ορίζουν ποιο μέρος της παραγόμενης δύναμης είναι εκμεταλλεύσιμο Το βάρος τριβής είναι το βάρος της μηχανής έλξης ή του κινητήριου οχήματος

37 Δυνάμεις και αντιστάσεις κατά την κίνηση

38 Τυπική διατομή γραμμής Η σιδηροδρομική γραμμή αποτελείται από: Επιδομή Υποδομή Η υποδομή (υπόβαση) αποτελείται από: Στρώση διαμόρφωσης Κυρίως υπόβαση ή βάση ή έδαφος θεμελίωσης Στη βάση καταλήγουν τα φορτία κυκλοφορίας Αποτελείται από θραυστό ή φυσικό εδαφικό υλικό το οποίο υπόκειται σε ειδική κατεργασία (συμπύκνωση, στερεοποίηση, τοποθέτηση γεωϋφασμάτων), προκειμένου να αποκτήσει την απαιτούμενη μηχανική αντοχή Η στρώση διαμόρφωσης τοποθετείται μεταξύ βάσης και έρματος, κυρίως στην περίπτωση που η ποιότητα του εδάφους θεμελίωσης δεν είναι καλή Η στρώση διαμόρφωσης πρέπει να έχει βαθμό συμπύκνωσης μεγαλύτερο από τη βάση και το πάχος κυμαίνεται μεταξύ 20-35εκ.

39 Τυπική διατομή γραμμής Η επιδομή της γραμμής αποτελείται από: Σιδηροτροχιές Στρωτήρες Συνδέσμους Έρμα Οι σιδηροτροχιές υποστηρίζουν και κατευθύνουν τους τροχούς του συρμού Ο στρωτήρες (με τους συνδέσμους) διανέμουν τα φορτία που δέχονται από τις σιδηροτροχιές, τις οποίες διατηρούν σε σταθερή απόσταση Το έρμα αποτελείται από θραυστά αδρανή και κατ εξαίρεση μόνο από χαλίκια Το έρμα πρέπει να εξασφαλίζει απόσβεση κατά το μεγαλύτερο μέρος των δονήσεων του συρμού, ικανοποιητική διανομή των φορτίων και γρήγορη αποστράγγιση των όμβριων υδάτων

40 Σιδηροτροχιές Οι σιδηροτροχιές αποτελούν το ανώτερο στοιχείο της επιδομής και της εσχάρας γραμμής, επιτελώντας τον ακόλουθο ρόλο: Μεταφέρουν και κατανέμουν τα φορτία κυκλοφορίας μέσω των στρωτήρων και του έρματος στο έδαφος θεμελίωσης Υλοποιούν την επιφάνεια επί της οποίας κυλίονται οι τροχοί Καθοδηγούν πλευρικά όταν χρειάζεται τους τροχούς Οι βασικές ιδιότητες των σιδηροτροχιών είναι οι εξής: Ανθεκτικότητα στη φθορά Ανθεκτικότητα στην κόπωση Αντοχή στον εφελκυσμό και σκληρότητα Αντοχή στο θρυμματισμό Καθαρότητα Καταλληλότητα για συγκόλληση Πιστότητα διατομής Μικρές ίδιες τάσεις

41 Φόρτιση επιδομής Η μηχανική συμπεριφορά της σιδηροδρομικής γραμμής εξαρτάται από έναν αριθμό παραμέτρων:

42 Φόρτιση επιδομής Η μηχανική συμπεριφορά της σιδηροδρομικής γραμμής εξαρτάται από έναν αριθμό παραμέτρων (συνέχεια):

43 Φόρτιση επιδομής Η σιδηροδρομική γραμμή αποτελείται από πολλά υλικά που κάθε ένα έχει τη δική του ελαστικότητα και για τα οποία ο συντελεστής αντίδρασης ορίζεται ως:

44 Φόρτιση επιδομής: Πάχος έρματος Επειδή η έδραση στο έδαφος έχει συνήθως το μικρότερο συντελεστή ρ, η εξασκούμενη πίεση επί της έδρασης προκαλεί τις καθιζήσεις Η πίεση αυτή είναι μικρότερη όσο μεγαλύτερο είναι το πάχος του έρματος και του υποστρώματος Η αύξηση του πάχους του έρματος έχει ευνοϊκή επίδραση όχι μόνο στην αύξηση της ελαστικότητας της επιδομής, αλλά και στη μείωση της αναπτυσσόμενης τάσης στην υποδομή

45 Ελαστική παραμόρφωση σιδηροτροχιάς Διατήρηση της οριζοντίωσης της γραμμής επιτυγχάνεται: Με βελτίωση του συντελεστή αντίδρασης ρ εντός των ορίων που επιτρέπει το έδαφος έδρασης Με αύξηση της πυκνότητας των στρωτήρων (αριθμός στρωτήρων ανά χλμ) Συνήθως αυξάνεται η πυκνότητα των στρωτήρων, καθώς αποτελεί πιο καλή μέθοδο σε εδάφη κακής ποιότητας

46 Αμφιδέτες Η στρώση των σιδηροτροχιών γινόταν αφήνοντας αρμούς ανάμεσα σε διαδοχικές σιδηροτροχιές Οι αρμοί αυτοί αναλαμβάνουν τη μεταβολή του μήκους λόγω θερμοκρασιακών μεταβολών Για να λειτουργεί η σιδηροτροχιά σαν συνεχής δοκός χρειάζεται να τοποθετηθούν εκατέρωθεν του αρμού και σε επαφή με τις σιδηροτροχιές δυο ειδικά τεμάχια που ονομάζονται αμφιδέτες Οι αμφιδέτες συσφίγγονται με ειδικά βλήτρα

47 Αμφιδέτες Η αμφίδεση πρέπει να ικανοποιεί τις παρακάτω συνθήκες: Να εμποδίζει τις κατακόρυφες και πλευρικές κινήσεις των άκρων της σιδηροτροχιάς, αφήνοντας ελεύθερη τη διαστολή τους Να συνδέει τις σιδηροτροχιές κατά τρόπο, ώστε να συμπεριφέρονται σαν συνεχή δοκό ευθυγραμμισμένη και στο ίδιο επίπεδο Η αντίσταση στην παραμόρφωση να είναι όσο το δυνατόν ίδια με αυτή των σιδηροτροχιών που συνδέει Στις κανονικού εύρους γραμμές του ελληνικού δικτύου οι σιδηροτροχιές των 18μ συγκολλούνται ανά δυο ή τρεις και η αμφίδεση γίνεται ανά 36 ή 54μ

48 Συνεχώς Συγκολλημένες Σιδηροτροχιές (ΣΣΣ) Οι Σ.Σ.Σ. είναι σιδηροτροχιές που συνδέονται μεταξύ τους με συγκολλήσεις και όχι με αμφιδέσεις Υπάρχει λοιπόν το κεντρικό τμήμα τους, όπου υπάρχει κατάσταση πλήρους παρεμπόδισης της διαστολής και τα δυο ακραία τμήματα, τα οποία λειτουργούν ως γραμμής με αρμούς Επειδή το κεντρικό τμήμα των ΣΣΣ πρέπει να έχει πλήρως παρεμποδισμένη παραμόρφωση, αναπτύχθηκαν οι ΣΣΣ με την εμφάνιση των διπλά ελαστικών συνδέσμων, που εξασφαλίζουν μια σύσφιξη επαρκή και σταθερή στο χρόνο

49 Συνεχώς Συγκολλημένες Σιδηροτροχιές Η ΣΣΣ δεν υφίσταται καμία μεταβολή μήκους. Αυτό εξασφαλίζεται από: Τις δυνάμεις τριβής στρωτήρα έρματος που προκύπτουν από τον εγκιβωτισμό του στρωτήρα εντός του έρματος Τις δυνάμεις τριβής σιδηροτροχιάς στρωτήρα που μπορούν να διασφαλισθούν μόνο εφόσον υπάρχει μόνιμη και αλληλέγγυα σύνδεση σιδηροτροχιάς στρωτήρα, που εξασφαλίζεται με τους διπλά ελαστικούς συνδέσμους

50 Συνεχώς Συγκολλημένες Σιδηροτροχιές Τα σιδηροδρομικά δίκτυα οδηγήθηκαν στην εφαρμογή των ΣΣΣ επειδή η γραμμή με αρμούς παρουσιάζει πολλά μειονεκτήματα: Με την ασυνέχεια της ροπής αδρανείας και της επιφάνειας κύλισης στους αρμούς δημιουργούνται συνθήκες που προκαλούν χειροτέρευση της γεωμετρίας της γραμμής, με αποτέλεσμα να αυξάνονται σημαντικά οι δαπάνες συντήρησης Προκαλείται μείωση της άνεσης των επιβατών, με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η ανάπτυξη υψηλών ταχυτήτων Λόγω κρουστικών φαινομένων στους αρμούς, δημιουργείται φθορά στους τροχούς, με αποτέλεσμα την αύξηση των δαπανών συντήρησής τους Με τις ΣΣΣ, επειδή δε μεσολαβεί καμία ασυνέχεια, όλα τα προβλήματα που δημιουργούνται από τους αρμούς καταργούνται

51 Στρωτήρες Η μεταβίβαση των δυνάμεων μεταξύ σιδηροτροχιάς και σκύρου γίνεται από τους στρωτήρες, οι οποίοι εξασφαλίζουν ταυτόχρονα τη διατήρηση του εύρους της γραμμής Οι στρωτήρες παίζουν τριπλό ρόλο: Μεταβίβαση των φορτίων από τη σιδηροτροχιά στο σκύρο Διατήρηση του εύρους της γραμμής Διατήρηση της επίκλισης της σιδηροτροχιάς στο 1:20 Μηχανικά οι στρωτήρες καταπονούνται από το φορτίο που τους μεταβιβάζουν οι σιδηροτροχιές. Το φορτίο αυτό είναι γενικά έκκεντρο λόγω: Των πλευρικών δυνάμεων που εξασκούνται από τα οχήματα που κινούνται στη γραμμή και Την αντίδραση του σκύρου που εξαρτάται πολύ από τις συνθήκες έδρασης των στρωτήρων

52 Στρωτήρες Είδη στρωτήρων: Ξύλινοι στρωτήρες Στρωτήρες από οπλισμένο σκυρόδεμα Στρωτήρες από προεντεταμένο σκυρόδεμα Μεταλλικοί στρωτήρες Διμερείς στρωτήρες

53 Σύνδεσμοι Σύνδεσμοι αποκαλούνται όλα εκείνα τα υλικά που έχουν σαν λειτουργία τους τη σύνδεση της σιδηροτροχιάς με το στρωτήρα Ο ρόλος τους είναι ο εξής: Να συνδέουν τις σιδηροτροχιές με τους στρωτήρες άμεσα (ελικωτά, ήλοι) ή μέσω πλακών έδρασης (σύνδεσμοι) σε μια εσχάρα Διατηρούν το εύρος της γραμμής Μεταβιβάζουν επί των στρωτήρων τις δυνάμεις που δρούνε στη σιδηροτροχιά Παρέχουν μόνωση Είδη συνδέσμων Σύνδεσμοι για ξύλινους στρωτήρες Σύνδεσμοι τύπου Κ Σύνδεσμος SKL Σύνδεσμος KS και K Σύνδεσμος WS8 και K Σύνδεσμος Pandrol

54 Έρμα (ή σκύρο) Το έρμα είναι η στρώση της επιδομής που βρίσκεται κάτω από τους στρωτήρες και αποτελείται συνήθως από θραυστά σκύρα και κατ εξαίρεση από αμμοχάλικο, φερτές ύλες και σκωρία υψικαμίνου Το έρμα καταλαμβάνει και το διάστημα μεταξύ των στρωτήρων, καθώς και ένα τμήμα πέραν των κεφαλών των στρωτήρων Ο ρόλος του έρματος είναι πολλαπλός: Διανέμει και μεταδίδει τα φορτία κυκλοφορίας στο έδαφος Εξασφαλίζει την αποστράγγιση των νερών της βροχής και προστατεύει τη γραμμή στην περίπτωση παγετών Βοηθά στην απόσβεση των κρούσεων και στη σταθεροποίηση της γραμμής Αντιστέκεται στη μετατόπιση της γραμμής (εγκάρσια και κατά μήκος)

55 Υπόστρωμα Το υπόστρωμα είναι μια στρώση αμμοχάλικου που τοποθετείται κάτω από τη στρώση του έρματος και εξασφαλίζει: Την προστασία της πάνω επιφάνειας της υποδομής από τη διείσδυση των σκύρων του έρματος Την περαιτέρω διανομή των τάσεων Την περαιτέρω αποστράγγιση των όμβριων Το υπόστρωμα έχει εγκάρσια κλίση ίση με αυτή της πάνω επιφάνειας της υποδομής για τη σωστή απορροή των υδάτων

56 Συμβατική επιδομή (με έρμα) Πλεονεκτήματα: Μικρό κατασκευαστικό κόστος Εύκολη ρύθμιση και επαναφορά της γραμμής στην αρχική της θέση Μειονεκτήματα: Θρυμματισμός του έρματος με αποτέλεσμα τη δημιουργία κενών κάτω από το στρωτήρα Η χημική καταπολέμηση των φυτικών οργανισμών που διεισδύουν στο έρμα επιβαρύνει το περιβάλλον

57 Σταθερή επιδομή Είναι δυνατόν η γραμμή να εδράζεται πάνω σε πλάκα σκυροδέματος, οπότε έχουμε την περίπτωση άκαμπτης έδρασης ή σταθερής επιδομής Διακρίνονται δυο μορφές άκαμπτης έδρασης: Έδραση της σιδηροτροχιάς στην πλάκα σκυροδέματος με την παρεμβολή στρωτήρων Έδραση της σιδηροτροχιάς απευθείας στην πλάκα σκυροδέματος Η πλάκα σκυροδέματος μπορεί να είναι: Από οπλισμένο σκυρόδεμα, περίπτωση για την οποία εμφανίζονται συχνά ρηγματώσεις Από προεντεταμένο σκυρόδεμα, που εμφανίζει καλύτερη μηχανική συμπεριφορά και διανομή φορτίων Σε περίπτωση καθιζήσεων η αποκατάσταση της γεωμετρίας της γραμμής δεν είναι δυνατή Επομένως, η άκαμπτη έδραση δεν ενδείκνυται στην περίπτωση υποδομής μέσης ή κακής ποιότητας

58 Σταθερή επιδομή Πλεονεκτήματα: Ελάχιστη συντήρηση Μικρό ύψος κατασκευής Υψηλή ασφάλεια Δυνατότητα χρήσης στροβιλικής πέδης Δεν στροβιλίζονται οι κόκκοι του έρματος Μπορούν να κινηθούν οδικά σωστικά οχήματα επί αυτής Μειονεκτήματα: Μεγαλύτερο κόστος κατασκευής Δυσκολότερη επιδιόρθωση Απαιτείται αντιθορυβική στρώση

59 Γενικές απαιτήσεις χάραξης σιδηροδρομικής γραμμής Απαιτήσεις χάραξης Ασφαλής λειτουργία Ισορροπία δυναμικών παραμέτρων Άνεση επιβατών Οικονομικότητα Βασικές αρχές σχεδιασμού Ελαχιστοποίηση παρακάμψεων Ελαχιστοποίηση χωματουργικών Προσαρμογή στο φυσικό περιβάλλον

60 Σχηματισμοί γραμμής Απαραίτητη προϋπόθεση για την οικονομική εκμετάλλευση ενός σιδηροδρομικού δικτύου αποτελεί η δυνατότητα ένωσης, τομής, διχασμού και σύνδεσης των γραμμών σε συγκεκριμένα σημεία του δικτύου Οι παραπάνω συνθήκες εξασφαλίζονται με την κατάλληλη διαμόρφωση της επιδομής στην εγγύς περιοχή των υπόψιν σημείων με τη βοήθεια ειδικών κατασκευών που ονομάζονται σχηματισμοί γραμμής Οι σχηματισμοί γραμμής, ανάλογα με το σκοπό που εξυπηρετούν διακρίνονται σε: Διακλαδώσεις γραμμών Διασταυρώσεις γραμμών Διασταυρώσεις αλλαγές Συνδέσεις παράλληλων γραμμών

61 Σηματοδότηση Η αναγκαιότητα της σηματοδότησης στο σιδηρόδρομο: Αποφυγή σύγκρουσης δύο διαδοχικών αμαξοστοιχιών που κινούνται κατά την αυτή φορά σε γραμμή μίας ή δύο κατευθύνσεων κυκλοφορίας (οπισθομετωπική σύγκρουση). Αποφυγή σύγκρουσης δύο αντίθετα κινούμενων αμαξοστοιχιών σε γραμμή δύο κατευθύνσεων κυκλοφορίας (μετωπική σύγκρουση). Αποφυγή σύγκρουσης συρμών στα σημεία ένωσης (διακλαδώσεις), διχασμού (διακλαδώσεις), τομής (διασταυρώσεις) και σύνδεσης (παράλληλες γραμμές) σιδηροδρομικών γραμμών (εγκάρσια και πλαγιομετωπική σύγκρουση). Εγκάρσια προστασία των συρμών στις ισόπεδες διασταυρώσεις με οδικές αρτηρίες ή στα σημεία ισόπεδης διέλευσης πεζών ή ζώων (εγκάρσια σύγκρουση με οδικά οχήματα, παράσυρση πεζών ή ζώων).

62 Σηματοδότηση Η αναγκαιότητα της σηματοδότησης στο σιδηρόδρομο (συνέχεια): Αποφυγή εκτροχιασμού των συρμών στα σημεία του δικτύου που επιβάλλεται περιορισμός της ταχύτητας διέλευσης (σημεία αλλαγών γραμμής, διέλευση τεχνικών έργων, τμήματα γραμμής με κακή ποιότητα επιδομής και δύσκολη οριζοντιογραφική χάραξη, μεγάλες κατωφέρειες, τμήματα με υποχρεωτική βραδυπορία λόγω εκτελούμενων έργων ή λόγω κατολισθήσεων. Επιτρέπει την ορθολογικότερη χρησιμοποίηση της χωρητικότητας ενός τμήματος γραμμής, δηλαδή τη δρομολόγηση του μέγιστου αριθμού συρμών που μπορούν να κυκλοφορήσουν σε μια γραμμή με πλήρη ασφάλεια, υπό ορισμένες πάντοτε συνθήκες εκμετάλλευσης και λειτουργίας της γραμμής). Παρέχει διάφορες πληροφορίες στους μηχανοδηγούς και στο προσωπικό της γραμμής (π.χ. σήμανση που αφορά τις εγκαταστάσεις ηλεκτροκίνησης).

63 Ιδιαιτερότητες της σιδηροδρομικής σηματοδότησης Ο εξοπλισμός και η λειτουργία των συστημάτων σηματοδότησης που χρησιμοποιούνται στα σιδηροδρομικά δίκτυα διαφέρουν σημαντικά από τα αντίστοιχα των οδικών δικτύων, λόγω της χρησιμοποίησης διαφορετικών οδών μεταφοράς και διαφορετικού τροχαίου υλικού. Συγκεκριμένα: Το μήκος πέδησης του σιδηροδρόμου είναι πολύ μεγαλύτερο των οδικών οχημάτων, λόγω του μικρού συντελεστή πρόσφυσης τροχούσιδηροτροχιάς. Γι αυτό το λόγο, τοποθετούνται προειδοποιητικά σήματα, τα πρόσημα. Στο σιδηρόδρομο λόγω της μη δυνατότητας ελιγμών κατά τη διάρκεια της κίνησης, η μόνη αντίδραση του συρμού για την αποφυγή ενδεχόμενης σύγκρουσης είναι η πέδηση. Γι αυτό το λόγο, η σηματοδότηση θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο σαφής, αξιόπιστη, ασφαλής και αποτελεσματική.

64 Ιδιαιτερότητες της σιδηροδρομικής σηματοδότησης (συνέχεια) Ο ένας βαθμός ελευθερίας των σιδηροδρομικών οχημάτων αποκλείει τη δυνατότητα ελιγμών, αλλά απλουστεύει την αυτοματοποίηση πολλών λειτουργιών. Στις οδικές αρτηρίες οι ενδείξεις των φωτοσημάτων ρυθμίζονται σχεδόν πάντα χρονικά. Αντιθέτως, στο σιδηρόδρομο η σηματοδότηση είναι χωρική, βασίζεται δηλαδή στην απόσταση των αμαξοστοιχιών μεταξύ τους. Στο σιδηρόδρομο η κατεύθυνση πορείας καθορίζεται αποκλειστικά «εκτός οχήματος» από τους σταθμάρχες με τη κατάλληλη ρύθμιση των αλλαγών γραμμής επί τόπου, είτε από το κτίριο τηλεδιοίκησης.

65 Σήματα και σηματοδότηση Με την ευρεία έννοια, σήματα θεωρούνται οι πινακίδες ενημέρωσης και πληροφόρησης του επιβατικού κοινού στους σταθμούς, όπως και κάθε διάταξη κατά μήκος της γραμμής που παρέχει πληροφορίες στους πεζούς και οδηγούς οδικών οχημάτων. Με τη στενή έννοια, σιδηροδρομικό σήμα χαρακτηρίζεται κάθε σταθερή ή κινητή διάταξη που έχει σκοπό να μεταδώσει μία ή περισσότερες πληροφορίες στους μηχανοδηγούς των αμαξοστοιχιών και στο προσωπικό των σιδηροδρομικών σταθμών. Τα σήματα εξυπηρετούν τις παρακάτω κυρίως τρεις λειτουργίες: Στάθμευση συρμών. Περιορισμό ταχύτητας συρμών. Αλλαγή διεύθυνσης κυκλοφορίας.

66 Κριτήρια κατάταξης σημάτων Τα σήματα κατατάσσονται σε κατηγορίες, ανάλογα με: Τον τρόπο που γίνεται αντιληπτή η πληροφορία στους δέκτες: Οπτικά Ακουστικά Το είδος και την εκτελεσιμότητα: Ενημερωτικά Δεσμευτικά [είτε υποχρεώνουν σε άμεση συμμόρφωση (κύρια σήματα), είτε προειδοποιούν για νέο σήμα δεσμευτικό που ακολουθεί (προειδοποιητικά)] Τον αριθμό και τη μεταβλητότητα των ενδείξεων: Μόνιμα (μια μόνο και αμετάβλητη ένδειξη) Κινητά (το λιγότερο δυο ενδείξεις: πχ σήμα «ανοιχτό, σήμα «κλειστό»)

67 Κριτήρια κατάταξης σημάτων Τα σήματα κατατάσσονται σε κατηγορίες, ανάλογα με (συνέχεια): Το που είναι τοποθετημένα και σε ποιόν απευθύνονται: Γραμμής και σιδηροδρομικών εγκαταστάσεων Αμαξοστοιχιών και δρεζινών Προσωπικού Τη λειτουργικότητά τους: Προστασίας σταθμών και διακλαδώσεων Εξασφάλισης διαδοχής συρμών Προειδοποίησης στάσης Ελεύθερης γραμμής Περιορισμού ταχύτητας Διάφορων άλλων λειτουργιών

68 Κριτήρια κατάταξης σημάτων Τα σήματα κατατάσσονται σε κατηγορίες, ανάλογα με (συνέχεια): Τον τρόπο που γίνονται οπτικά αντιληπτά: Μηχανικά Φωτεινά Τα μηχανικά σήματα γίνονται αντιληπτά από τη μορφή και το περίγραμμα που έχουν προσαρτημένα σε πίνακες, μικρές πινακίδες ή σύστημα βραχιόνων συγκεκριμένου σχήματος, όψης και χρωμάτων. Τα φωτεινά σήματα γίνονται αντιληπτά από το φως που εκπέμπουν ηλεκτρικοί λαμπτήρες προσαρτημένοι είτε σε απλά φωτοσήματα, είτε σε φωτεινούς πίνακες.

69 Ενδείξεις σημάτων Στα φωτεινά σήματα, για λόγους ευκρίνειας, χρησιμοποιούνται σε όλα τα σιδηροδρομικά δίκτυα, κυρίως τα παρακάτω τέσσερα χρώματα: Πράσινο: Γενικά υποδηλώνει ελεύθερη διέλευση (απουσία δεσμεύσεων). Κόκκινο: Γενικά υποδηλώνει δεσμεύσεις (στάθμευση), που πρέπει να τηρηθούν από το μηχανοδηγό. Κίτρινο: Γενικά υποδηλώνει ανάγκη για αυξημένη προσοχή και προειδοποίηση ότι ακολουθεί δεσμευτικό σήμα. Λευκό: Γενικά διατάσσει ή επιβεβαιώνει πορεία με ελιγμούς.

70 Η έννοια του τμήματος αποκλεισμού Η σηματοδότηση στον σιδηρόδρομο μεταξύ άλλων εξυπηρετεί και τους παρακάτω σκοπούς: Αποφυγή πρόσπτωσης ενός συρμού επί του αμέσως προπορευόμενου. Αποφυγή μετωπικής σύγκρουσης δύο συρμών. Η γενική φιλοσοφία εξασφάλισης αυτών των περιπτώσεων ατυχημάτων είναι ο χωρισμός της γραμμής σε τμήματα, μέσα στα οποία μπορεί να υπάρχει το πολύ ένας συρμός. Με το τρόπο αυτό δημιουργείται η έννοια του «τμήματος αποκλεισμού» κυρίως στην ελεύθερη γραμμή, ενώ στους σταθμούς δημιουργείται η έννοια των «ελεύθερων τμημάτων». Ένα τμήμα αποκλεισμού χαρακτηρίζεται «ελεύθερο» όταν ο τελευταίος άξονας του συρμού έχει αφήσει το τμήμα αυτό, ενώ «κατειλημμένο» όταν έστω κι ένας μόνο άξονας του συρμού βρίσκεται μέσα σ αυτό.

71 Η έννοια του τμήματος αποκλεισμού Στην αρχή και στο τέλος κάθε τμήματος αποκλεισμού υπάρχει συνήθως ζεύγος κύριου και προειδοποιητικού σήματος, των οποίων οι ενδείξεις καθορίζονται από την παρουσία ή όχι τρένου στο τμήμα αποκλεισμού που προστατεύουν. Στη περίπτωση ηλεκτρικής σηματοδότησης κάθε ένα από τα ζεύγη σημάτων περιλαμβάνει συνήθως ένα φωτόσημα (εισόδου - εξόδου από το τμήμα αποκλεισμού) και το αντίστοιχο φωτοπρόσημα. Η παρουσία ή όχι ενός συρμού στο καλυπτόμενο από τα φωτεινά σήματα τμήμα αποκλεισμού, διαπιστώνεται με ειδικές διατάξεις και συστήματα που καλούνται «μέσα ελέγχου παρουσία συρμού».

72 Η έννοια του τμήματος αποκλεισμού Φωτεινά σήματα και μέσα ελέγχου παρουσίας συρμών επικοινωνούν έτσι, ώστε κατά τη κυκλοφορία των συρμών να εξασφαλίζονται οι παρακάτω συνθήκες: Πρώτη συνθήκη: Όταν ένας συρμός εισέρχεται σ ένα τμήμα αποκλεισμού, το φωτόσημα εισόδου πρέπει να είναι κλειστό. Δεύτερη συνθήκη: Το φωτόσημα εισόδου στο τμήμα αποκλεισμού παραμένει κλειστό εφόσον το φωτόσημα εξόδου απ αυτό παραμένει ανοικτό. Τρίτη συνθήκη: Σ ένα τμήμα αποκλεισμού, η απέμπλεξη του σήματος εισόδου από το σήμα εξόδου γίνεται αφού πρώτα το τρένο εισέλθει στο επόμενο τμήμα αποκλεισμού και το τμήμα καλυφθεί (το σήμα εξόδου του προηγούμενου τμήματος γίνεται τμήμα εισόδου του επομένου). Τέταρτη συνθήκη: Απαγορεύονται δύο διαδοχικές απεμπλέξεις, χωρίς κάποιο σήμα να εμφανίσει την ένδειξη «ανοικτή γραμμή».

73 Η έννοια του τμήματος αποκλεισμού Στη περίπτωση μηχανικής σηματοδότησης, το τμήμα αποκλεισμού ορίζεται από σταθμό σε σταθμό. Ο έλεγχος παρουσίας τρένου μεταξύ δύο σταθμών γίνεται τηλεφωνικά μέσω των σταθμαρχών, ενώ η κάλυψη του τμήματος αποκλεισμού γίνεται με σημαφόρους και τα αντίστοιχα πρόσημα. Η εξασφάλιση της ομαλής λειτουργίας του τμήματος αποκλεισμού γίνεται και στη περίπτωση αυτή με τις τέσσερις συνθήκες που αναφέρθηκαν για την ηλεκτρική σηματοδότηση με τη διαφορά ότι το άνοιγμα και το κλείσιμο του σημαφόρου γίνεται πλέον μηχανικά και όχι αυτόματα. Ένα σύστημα αποκλεισμού μπορεί να είναι απόλυτο ή με περιορισμούς (περιορισμένο).

74 Η έννοια του τμήματος αποκλεισμού Στη πρώτη περίπτωση, η είσοδος ενός συρμού σε ήδη κατειλημμένο τμήμα αποκλεισμού απαγορεύεται κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες. Αντίθετα στη δεύτερη περίπτωση, η είσοδος ενός συρμού σε ένα ήδη κατειλημμένο τμήμα αποκλεισμού επιτρέπεται: Είτε εφόσον η κίνηση της αμαξοστοιχίας γίνεται με ευθύνη του μηχανοδηγού (πορεία εν όψει). Είτε εφόσον η κίνηση της αμαξοστοιχίας δεν υπερβαίνει μια ταχύτητα που καθορίζεται από πριν (15-30 km/h).

75 Συστήματα σηματοδότησης δικτύων συμβατικών ταχυτήτων Στα συστήματα σηματοδότησης δικτύων συμβατικών ταχυτήτων ανήκουν όλα τα συστήματα σηματοδότησης που εξασφαλίζουν τη κίνηση των συρμών για ταχύτητες μικρότερες των 200km/h. Τα συστήματα σηματοδότησης συμβατικών δικτύων κατατάσσονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: Χειροκίνητα συστήματα σηματοδότησης, όπου τα σήματα προστασίας των τμημάτων αποκλεισμού χειρίζονται από το προσωπικό των σταθμών Αυτόματα συστήματα σηματοδότησης, όπου οι ενδείξεις των σημάτων προστασίας των τμημάτων αποκλεισμού καθορίζονται από τη διέλευση των συρμών

76 Συστήματα σηματοδότησης δικτύων υψηλών ταχυτήτων Αμιγή δίκτυα υψηλών ταχυτήτων Με την αύξηση της ταχύτητας των συρμών η εγκάρσια σηματοδότηση επί της γραμμής καθίσταται δύσκολη για τους μηχανοδηγούς. Η αναγνώριση των ενδείξεων των σημάτων είναι σχεδόν αδύνατη για ταχύτητες άνω των 200 km/h. Για το λόγο αυτό δημιουργήθηκε η αναγκαιότητα ανάπτυξης συστημάτων γραμμικού ελέγχου και καθοδήγησης των συρμών. Τα συστήματα αυτά μεταδίδουν τις πληροφορίες στο θάλαμο οδήγησης του συρμού. Η λογική του συστήματος συνοψίζεται στα παρακάτω: Λήψη σημάτων εντός του θαλάμου οδήγησης. Η οδήγηση παραμένει χειροκίνητη αλλά υφίσταται οπτικός και αυτόματος έλεγχος της ταχύτητας με διατάξεις ασφάλειας. Η πληροφορία των σημάτων είναι συνεχής.

77 Συστήματα σηματοδότησης δικτύων υψηλών ταχυτήτων Μικτά δίκτυα Σε ορισμένες γραμμές όπου προβλέπεται ταυτόχρονη κυκλοφορία συρμών συμβατικών και υψηλών ταχυτήτων, εφαρμόζεται ένα σύστημα «διπλής σηματοδότησης». Σ αυτό το σύστημα ισχύουν τα εξής: Οι πληροφορίες της εγκάρσιας σηματοδότησης είναι αυτές της συμβατικής σηματοδότησης και όλοι οι συρμοί οι οποίοι κινούνται με ταχύτητα 160 km/h καθοδηγούνται σύμφωνα με τις αρχές της συμβατικής σηματοδότησης. Οι συρμοί υψηλών ταχυτήτων μπορούν να δεχτούν πληροφορίες μέσα στο θάλαμο οδήγησης για να τους επιτραπεί η κυκλοφορία με ταχύτητα >160 km/h. Σε τέτοια περίπτωση λειτουργούν όπως σε ένα αμιγές δίκτυο υψηλών ταχυτήτων. Στις γραμμές όπου εφαρμόζεται αυτό το σύστημα διπλής (μικτής) σηματοδότησης, ο διαχωρισμός των τμημάτων αποκλεισμού είναι ο ίδιος τόσο για τη συμβατική σηματοδότηση, όσο και για τη σηματοδότηση στο «θάλαμο οδήγησης».

78 Το σύστημα σηματοδότησης ERTMS Το ERTMS (European Railway Traffic Management System) είναι ένα σύστημα διαχείρισης της σιδηροδρομικής κυκλοφορίας. Ένα τυπικό σύστημα δομείται ως εξής: Ο κεντρικός έλεγχος της κυκλοφορίας είναι συγκεντρωμένος σε μια τοποθεσία και ελέγχει τις διατάξεις αλληλομανδάλωσης και τα τμήματα αποκλεισμού σ ένα τμήμα γραμμής Η κάθε διάταξη αλληλομανδάλωσης ελέγχει τη λειτουργία των αλλαγών τροχιάς, τις ισόπεδες διασταυρώσεις και τα σχετικά σήματα Οι συρμοί που κυκλοφορούν στο τμήμα της γραμμής είναι εξοπλισμένοι με σύστημα αυτόματης προστασίας ή ελέγχου (ATP ή ATC) και επικοινωνούν με τη γραμμή και τον ελεγκτή κυκλοφορίας μέσω ραδιοκυμάτων.

79 Το σύστημα σηματοδότησης ERTMS Το ERTMS είναι ουσιαστικά ένα σύστημα ελέγχου συρμού (ETCS) Λειτουργεί χρησιμοποιώντας τεχνολογία GSM-R για τα εξής: Μετάδοση δεδομένων οχήματος-γραμμής Φωνητική επικοινωνία που χρειάζεται ανάμεσα στο μηχανοδηγό και τους σταθμάρχες ή ελεγκτές κυκλοφορίας Για οποιαδήποτε μετάδοση πληροφοριών που αφορούν στη λειτουργία του συστήματος Με ένα απλοϊκό σχήμα θα μπορούσαμε να πούμε πως ERTMS=ETCS+GSM-R

80 Το σύστημα ETCS Το σύστημα ETCS βασίζεται σε ένα σύνολο προδιαγραφών οι οποίες είναι σε δημόσια χρήση. Οι προδιαγραφές αυτές διασφαλίζουν τη διαλειτουργικότητα του on board εξοπλισμού και του εξοπλισμού γραμμής. Οι εξοπλισμοί αυτοί αναφέρονται στις λειτουργίες, διαδικασίες, αποδόσεις, καθώς και στην αρχιτεκτονική του συστήματος και τις διεπαφές ανάμεσα στα διάφορα υποσυστήματα που είναι σχετικά με τη διαλειτουργικότητα. Οι προδιαγραφές απαιτήσεων του συστήματος ETCS περιγράφουν το πυρήνα του συστήματος και τις διεπαφές με το σύστημα μετάδοσης ραδιοκυμάτων GSM-R, το σύστημα σηματοδότησης και τον on board εξοπλισμό.

81 Το σύστημα ETCS Ο πυρήνας αποτελείται από ολόκληρη την on board συσκευή (που ονομάζεται Eurocab) και τις συσκευές ανταλλαγής δεδομένων με τη γραμμή μέσω ραδιοφάρων (eurobalises), κυκλωμάτων (euroloops) και ραδιοκυμάτων (euroradio). Λόγω των διαφόρων εναλλακτικών δυνατοτήτων στους συνδυασμούς μεταξύ των στοιχείων του εξοπλισμού σηματοδότησης (interlockings, παράπλευρα σήματα, συσκευές ανίχνευσης παρουσίας συρμού κλπ) που υπάρχουν στις διάφορες υπάρχουσες ή σε νέες γραμμές, το ETCS έχει σχεδιαστεί ως σύστημα με τρία επίπεδα εφαρμογής (ETCS 1,2 και 3), από τα οποία το τρίτο δεν έχει ακόμα αναπτυχθεί.

82 Η σηματοδότηση αστικών σιδηροδρομικών συστημάτων μεταφοράς Σε ένα δίκτυο τροχιοδρόμων, εκτός από τα τμήματα που το τραμ κινείται σε εντελώς αποκλειστικό διάδρομο κυκλοφορίας, στην υπόλοιπη διαδρομή οι γραμμές σε πολλά σημεία διασταυρώνονται με οδικές αρτηρίες κύριες ή δευτερεύουσες. Στόχος της ρύθμισης της κυκλοφορίας είναι η διαχείριση των νευραλγικών αυτών σημείων με τρόπο που: Να εξασφαλίζεται η ασφάλεια των χρηστών των δύο δικτύων, τροχιοδρομικού και οδικού. Να ελαχιστοποιούνται οι καθυστερήσεις των τροχιοδρομικών και οδικών οχημάτων. Να περιορίζεται η επιβάρυνση των «ανταγωνιστικών» προς το τραμ κυκλοφοριακών ροών (ΙΧ, πεζοί).

83 Η σηματοδότηση αστικών σιδηροδρομικών συστημάτων μεταφοράς Για τη ρύθμιση της κυκλοφορίας εφαρμόζονται διάφορες στρατηγικές, όπως: Απόλυτη προτεραιότητα του τραμ σε σχέση με τους άλλους χρήστες της οδού (ΙΧ, λεωφορεία). Η στρατηγική αυτή υλοποιείται με σηματοδότηση συμβατικού σιδηροδρομικού τύπου. Η κυκλοφορία του τραμ και η διέλευσή του από τις ισόπεδες διασταυρώσεις δεν επηρεάζεται από τα κυκλοφοριακά δεδομένα των οδικών αρτηριών. Η επιλογή αυτή δεν είναι πάντοτε αποδεκτή, γιατί στη περίπτωση που η κίνηση των οδικών οχημάτων είναι ιδιαίτερα αυξημένη σε μια διασταύρωση, δημιουργείται αυτόματα κυκλοφοριακό πρόβλημα τόσο στη συγκεκριμένη διασταύρωση, όσο και στην ευρύτερη περιοχή.

84 Η σηματοδότηση αστικών σιδηροδρομικών συστημάτων μεταφοράς Για τη ρύθμιση της κυκλοφορίας εφαρμόζονται διάφορες στρατηγικές, όπως (συνέχεια): Παραχώρηση προτεραιότητας με κεντρική ρύθμιση των κυκλοφοριακών ροών των οδικών και των τροχιοδρομικών οχημάτων. Η ρύθμιση της κυκλοφορίας στη περίπτωση αυτή μπορεί να γίνει είτε απ ευθείας από ένα κεντρικό σύστημα ελέγχου και εκμετάλλευσης των δύο κυκλοφοριακών ροών, είτε μέσω δύο ξεχωριστών συστημάτων που επικοινωνούν μεταξύ τους. Η εντολή παραχώρησης της προτεραιότητας στο τραμ μπορεί να βασίζεται είτε στα κυκλοφοριακά οδικά δεδομένα των διασταυρώσεων κατά τη χρονική στιγμή της διέλευσής του τραμ είτε στις αποκλίσεις που παρουσιάζει χρονικά και γεωγραφικά η πραγματική πορεία του τραμ με το προβλεπόμενο γράφημα δρομολογίων.

85 Η σηματοδότηση αστικών σιδηροδρομικών συστημάτων μεταφοράς Για τη ρύθμιση της κυκλοφορίας εφαρμόζονται διάφορες στρατηγικές, όπως (συνέχεια): Παραχώρηση προτεραιότητας με ρύθμιση των φωτοσημάτων τοπικά. Υλοποιείται είτε με μείωση του χρόνου μιας συγκεκριμένης φάσης, είτε με πλήρη κατάργηση μιας ή περισσοτέρων φάσεων της φωτεινής σηματοδότησης. Η ρύθμιση των φωτοσημάτων μπορεί να αφορά μια μεμονωμένη διασταύρωση ή μια ομάδα διαδοχικών συνήθως διασταυρώσεων. Η παραχώρηση προτεραιότητας στο τραμ στις διασταυρώσεις μπορεί να αυξήσει, σύμφωνα με τη διεθνή εμπειρία, μέχρι και 35% την εμπορική ταχύτητα των συρμών. Η αύξηση αυτή των εμπορικών ταχυτήτων έχει άμεσες θετικές επιπτώσεις, όπως είναι η μείωση του απαιτούμενου στόλου οχημάτων και η μείωση του κόστους εκμετάλλευσης του δικτύου.

86 Η σηματοδότηση αστικών σιδηροδρομικών συστημάτων μεταφοράς Για να εφαρμοστούν οι παραπάνω στρατηγικές ρύθμισης της κυκλοφορίας πρέπει να εξασφαλίζονται οι εξής λειτουργίες: Ανίχνευση της προσέγγισης του τραμ σε ένα φωτόσημα και κατ επέκταση σε μια διασταύρωση. Ανίχνευση της διέλευσης (εξόδου) του τραμ από μια διασταύρωση. Ανίχνευση της εισόδου του τραμ σε ένα σταθμό. Οι τρεις παραπάνω λειτουργίες εξασφαλίζονται είτε με ανιχνευτές (αισθητήρες), που τοποθετούνται σε συγκεκριμένα σημεία της διαδρομής, είτε μέσω σήματος που εκπέμπεται από το όχημα. Προστασία των συρμών κατά την είσοδό τους σε μια διασταύρωση (εγκάρσια προστασία). Προστασία των συρμών κατά την έξοδό τους από ένα σταθμό (μετωπική προστασία). Οι δυο παραπάνω λειτουργίες εξασφαλίζονται με τη παρουσία, τη καλή λειτουργία και τη κατάλληλη ρύθμιση φωτεινών σηματοδοτών αποκλειστικών για τη κυκλοφορία των τραμ.