ГРАДЕЖЕН ФАКУЛТЕТ - СКОПЈЕ

ГРАДЕЖЕН ФАКУЛТЕТ - СКОПЈЕ ПРЕДМЕТ: ЖЕЛЕЗНИЦИ ПРВ ДЕЛ - ЖЕЛЕЗНИЧКИ ВОЗИЛА - Д-р. Зоран КРАКУТОВСКИ 1

ЖЕЛЕЗНИЧКИ ВОЗИЛА

СОДРЖИНА: 1. ОПШТ ВОВЕД ВО СООБРАЌАЈОТ И ТРАНСПОРТОТ... 5 1.1 ТРАНСПОРТОТ ВО РАЗЛИЧНИТЕ ИСТОРИСКИ ЕПОХИ... 7 ЖЕЛЕЗНИЧКИ СООБРАЌАЈ... 9.1 ОСНОВНИ ПОИМИ... 9. ИСТОРИСКИ РАЗВОЈ... 10.3 КАРАКТЕРИСТИКИ НА ЖЕЛЕЗНИЧКИОТ ТРАНСПОРТ И АКТУЕЛНА ПОСТАВЕНОСТ ВО РАМКИТЕ НА ЕВРОПСКАТА УНИЈА... 1.4 ЖЕЛЕЗНИЦАТА ВО МАКЕДОНИЈА... 13 3 КЛАСИФИКАЦИЈА НА ЖЕЛЕЗНИЦИТЕ... 16 3.1 ТЕХНИЧКА КЛАСИФИКАЦИЈА... 16 3. СООБРАЌАЈНА КЛАСИФИКАЦИЈА... 19 3.3 ОСНОВНИ ПОИМИ ОД ПРОЕКТИРАЊЕ И ГРАФИЧКА ПРЕТСТАВА НА ПРУГАТА 1 4 ЖЕЛЕЗНИЧКИ ВОЗИЛА - ОПШТО... 7 4.1 ВОВЕД... 7 4. ВИДОВИ НА ЖЕЛЕЗНИЧКИ ВОЗИЛА... 8 4.3 ОСНОВНИ КОНСТРУКТИВНИ КАРАКТЕРИСТИКИ НА ВОЗИЛАТА... 3 5 ЛОКОМОТИВИ... 43 5.1 ВОВЕД... 43 5. СИСТЕМИ НА ЕЛЕКТРИФИКАЦИЈА НА ЖЕЛЕЗНИЦАТА... 43 5.3 ЕЛЕКТРИЧНА ВЛЕЧА... 46 5.4 ДИЗЕЛ ЛОКОМОТИВА... 51 5.5 ОПШТИ КРИТЕРИУМИ ЗА ИЗБОР ПОМЕЃУ ДИЗЕЛ И ЕЛЕКТРИЧНА ЛОКОМОТИВА... 54 6 СИЛИ ОД ОТПОРИТЕ ПРИ ДВИЖЕЊЕ НА ВОЗОВИТЕ... 56 6.1 ВОВЕД... 56 6. ОПШТО ЗА СИЛИТЕ НА ОТПОРИ... 57 6.3 АНАЛИЗА НА ОТПОРИТЕ... 58 6.3.1 ОТПОРИ ОД ИНЕРЦИЈА ФАКТОР НА МАСАТА...58 6.3. ОСНОВНИ ОТПОРИ...65 6.3.3 ДОДАТНИ ОТПОРИ...78 6.4 СУМАРНИ ЗАБЕЛЕШКИ ВО ВРСКА СО ОТПОРИТЕ ПРИ ЖЕЛЕЗНИЧКИ ВОЗИЛА 8 7 ВЛЕЧНИ И КОЧНИ СИЛИ... 84 7.1 ВЛЕЧНИ СИЛИ... 84 7.1.1 ОДРЕДУВАЊЕ НА ВЛЕЧНИТЕ СИЛИ КАЈ ЕЛЕКТРИЧНАТА ЛОКОМОТИВА.87 7.1. ОДРЕДУВАЊЕ НА ВЛЕЧНИТЕ СИЛИ КАЈ ДИЗЕЛ ЛОКОМОТИВА...93 7.1.3 ВЛЕЧНИ СИЛИ КАЈ ТЕГЛЕНИКОТ И КВАЧИЛАТА...94 7. КОЧНИ СИЛИ... 97 7..1 ВОЗЕЊЕ НА УДОЛНИЦА (ПАД) И ПАД НА КОЧЕЊЕ...97 7.. АКТИВИРАЊЕ НА КОЧНИЦИТЕ ЗА СОЗДАВАЊЕ НА КОЧНИ СИЛИ...98 7..3 ПРЕСМЕТКА НА КОЧНАТА СИЛА НА ВОЗОТ...99 7..4 ОДРЕДУВАЊЕ НА СОПИРЕН ПАТ И ПАТ НА КОЧЕЊЕ...10 3

8 ПРАКТИЧНА ПРИМЕНА НА ТЕОРИИТЕ ОД ВОЗНА ДИНАМИКА НА ЖЕЛЕЗНИЧКИ ВОЗИЛА ВО ПЛАНИРАЊЕТО НА ЖЕЛЕЗНИЧКИОТ СООБРАЌАЈ И ПРОЕКТИРАЊЕТО НА ЖЕЛЕЗНИЧКИОТ ПАТ... 106 8.1 ОДРЕДУВАЊЕ НА ГОЛЕМИНАТА НА СООБРАЌАЈОТ... 106 8. ОДРЕДУВАЊЕ НА МАСА НА ВОЗОТ... 108 8.3 ИЗБОР НА СИСТЕМ НА ВЛЕЧА... 110 8.4 ОДРЕДУВАЊЕ НА НАЈПОВОЛЕН НАКЛОН НА УГОРНИЦА... 114 8.5 ОДРЕДУВАЊЕ НА ВРЕМЕТО НА ВОЗЕЊЕ... 115 8.5.1 АНАЛИТИЧКА ПРЕСМЕТКА ЗА ВРЕМЕТО НА ПАТУВАЊЕ...115 8.5. ПРИБЛИЖНА МЕТОДА ЗА ОДРЕДУВАЊЕ НА ВРЕМЕТО НА ПАТУВАЊЕ ПРЕКУ ЛИНИИТЕ НА ОТПОРИТЕ...119 8.5.3 ПРИБЛИЖНА МЕТОДА ЗА ОДРЕДУВАЊЕ НА ВРЕМЕТО НА ПАТУВАЊЕ ПРЕКУ I-V ДИЈАГРАМОТ...10 8.6 ПРОПУСНА МОЖНОСТ НА ПРУГА И МЕЃУСТАНИЧНИ РАСТОЈАНИЈА... 13 8.6.1 ОДРЕДУВАЊЕ НА ПРОПУСНАТА МОЖНОСТ НА ПРУГАТА...14 8.6. ОДРЕДУВАЊЕ НА МЕЃУСТАНИЧНИТЕ РАСТОЈАНИЈА...16 8.7 КАПАЦИТЕТ НА ПРУГАТА ИЛИ НА МРЕЖАТА... 17 8.7.1 ФАКТОРИ КОИ ВЛИЈААТ НА КАПАЦИТЕТОТ НА ЕДНА ПРУГА...18 9 ВЛИЈАНИЕ НА ВОЗНАТА ДИНАМИКА НА ЖЕЛЕЗНИЧКИ ВОЗИЛА ВО ПРОЕКТИРАЊЕТО НА ПРУГИ... 130 9.1 УБЛАЖУВАЊЕ НА НИВЕЛЕТАТА ВО КРИВИНИ... 130 9.1.1 ПРЕСМЕТКА НА ГОЛЕМИНАТА НА УБЛАЖУВАЊЕТО НА НИВЕЛЕТАТА ВО КРИВИНИ 131 9.1. НАЧИН НА ОБЛИКУВАЊЕ НА НИВЕЛЕТАТА...13 9.1.3 МЕРОДАВЕН НАКЛОН НА УГОРНИЦА И ГОЛЕМИНА НА НАКЛОН...139 9. УБЛАЖУВАЊЕ НА НИВЕЛЕТАТА ВО ТУНЕЛИ... 140 9.3 ШТЕТНИ И НЕШТЕТНИ НАКЛОНИ, ИЗГУБЕНИ УГОРНИЦИ, СТРМА РАМПА.. 14 9.3.1 НЕШТЕТНИ НАКЛОНИ...14 9.3. ШТЕТНИ НАКЛОНИ...143 9.3.3 ИЗГУБЕНИ НАКЛОНИ НА УГОРНИЦИ...144 9.3.4 УРАМНОТЕЖЕНИ НАКЛОНИ НА УГОРНИЦИ...148 9.3.5 ЗАСИЛЕНИ НАКЛОНИ НА УГОРНИЦИ (НАКЛОНИ ЗА ЗАСИЛЕНА ВЛЕЧА)149 9.3.6 СТРМА РАМПА (НАКЛОН НА НАЛЕТОТ)...150 4

1. ОПШТ ВОВЕД ВО СООБРАЌАЈОТ И ТРАНСПОРТОТ Просторот кој го завзема човекот е статички простор во кој се одвиваат најразлични активностите, но од друга страна тој простор е динамички, простор во кој има промени, простор во кој се вршат размена на добра, на луѓе, на информации... Под поимот сообраќај подразбираме стопанска гранка која се бави со пренос на роба, луѓе, мисли и вести. Разгледувајќи го сообраќајот како еден систем, истиот може да го поделиме на три глобални негови подсистеми и тоа: - сообраќајна инфраструктура (физички поврзана и инкорпорирана во просторот), - сообраќајни средства со кои се одвива сообраќајот и - организација и експлоатација на сообраќајот Поимот транспорт произлегува од погорната дефиниција за сообраќајот и истиот се однесува на пренос на роба и луѓе, односно истите се транспортираат со помош на транспортни средства (возила, уреди), се преместуваат во просторот добивајќи со тоа нови вредности. Значи, транспортот е сервис, нематеријално добро кое се разликува од материјалните добра. Една од најбитните разлики помеѓу материјално добро и сервис е во тоа што сервисот се консумира во моментот кога се и произведува (во исто време). Ова значи дека не е возможно да се направат "резерви" од транспорт како што е случај со материјалните добра. Затоа планирањето на транспортот отсекогаш претставувал голем предизвик. Тој има примарна улога во развојот на глобалните економски процеси во размената на продукти и луѓе. Веројатно идеален вид на транспорт би бил оној кој би бил достапен веднаш во моментот кога од него имаме потреба, бесплатен, со неограничени капацитети и т.н., но во тој случај истиот комплетно би го уништил просторот. Географски гледано, транспортот ги поврзува просторот и времето, односно со едно преместување, со еден транспорт на добра, се врши размена на време (и на пари) со просторот. Времето е во центарот на проблематиката која се однесува на транспортот. Неговата димензија се изразува најчесто преку брзината, фреквенцијата и регуларноста на понудениот сервис. Временската димензија е битна и од аспект на транспортната инфраструктура која има голем век на траење од повеќе децении дури и векови. Од гледна точка на географот тоа значи дека структурата на транспортната мрежа е релативно непроменлив фактор при анализата на останатите сектори на човековите активности. Но, историски земено различните видовите на транспорт имаат огромно влијание врз развојот на 5

економијата и цивилизацијата. Добриот избор на проект во овој домен и денес е со голема важност за економијата во еден регион или држава. Битно е да се има во предвид дека ефектите од влијанието на транспортната инфраструктура се манифестираат на долг период (со децении, дури и векови). За да се овозможи одвивање на транспортот потребни се големи финансиски средства кои треба да бидат инвестирани за неговото функционирање, односно за изградба на инфраструктура, за прозводство и набавка на возила и за организација и експлоатација на транспортот. Анализата на влијанието на транспортната инфраструктура врз просторот не е можна ако не се најпрвин анализира просторот завземен од човекот со неговите севкупни активности. Човековите активности се тесно поврзани со времето кое може да се разгледува и мери во повеќе димензии: - време во траење од еден ден кое го отсликува секојдневниот ритам на активности (работа, одмор,...) и на дневната мобилност (преместувања од дома до работа, до школо,...); - време во траење од една недела, - време во траење од една сезона (сезони на земјоделски реколти, сезони за туризам, на одмори, ) - време на економски циклус и - долги временски историски периоди. Транспортот се вклопува во секоја од овие димензии: секојдневни миграции, преместувања на крајот од неделата и за време на празници, Но сепак најбитен белег кој го носат транспортните системи се однесува на долги временски периоди заради две главни причини: - високата цена на инвестиции кои бараат најпрвин долг период за нивно созревање од идеа до почеток на проектот (најчесто неколку генерации), долг период за претходни проучувања, комплексен процес за донесување на одлука, конструкција и реализација на проектите во време од повеќе години, децении, употреба на инфраструктурата од повеќе генерации, можеби векови; - природата на инфраструктурите за транспорт, имплантирана во просторот, со нејзините параметри на мрежите и сообраќајните јазли имаат влијанија врз локализирање и изборот на останатите човекови активности (домување, производство, рекреација, ). Значи транспортната инфраструктура го променуват пејзажот и просторот структурирајќи го на долг период. Транспортот не е само економски интересен за анализа туку има и своја социјална улога (право на транспорт), влијание врз просторот (консумирање на простор, уредување на простор, ефекти на структурирање на просторот кои се продукт од транспортот), влијание врз околината (бучава, загадување, сигурност). 6

1.1 Транспортот во различните историски епохи Историски гледано, транспортот бил секогаш присутен во различни периоди на развојот на цивилизацијата, но неговиот најголем прогрес е во втората половина на 19 век и почетокот на 0 век. Патниот, речниот и морскиот транспорт се употребуваат од најстари времиња до денес. Други два вида на транспорт се раѓат во индустриската револуција: железницата и авионот. За одење пеш, како и за движење со животни, човекот го подготвувал теренот за употреба дури во предисториски времиња почнува да ги трасира првите т.н. патеки. Трасата одговарала на природните услови со одредени посебни објекти на непреминливи природно препреки (реки, стрмни падини, ). Подоцна со припитомување на животните (најпрвин во Азија, во Индија) и со пронаоѓањето на тркалото, патеките требало да се адаптираат за влеча со животни (говеда, коњи, слонови во Азија, дури и во Европа за времето на Ханибал) но без поголеми промени во надолжниот профил на патеките. Патеките постанале патишта тогаш кога човекот ја пронашол првата кола со запрега. Патеките морале да се трансформираат физички и функционално. Првите патишта биле конструирани во Азија (Кина) и во Јужна Америка (од Инките). Во Европа, Римјаните ги имаат конструирано првите патни мрежи, но патишта биле конструирани и пред нив. Историски гледано, развојот на патната мрежа долго време бил поврзан со потребите на земјоделието чии активности се во рурални места и најчесто се користеле патишта кои дури и денес се немодернизирани. Државите почнале да ги развиваат првите патните мрежи со коловози кои биле најпрвин изведени со камен. Модернизација во конструкцијата на патишта се појавуваат во времето на индустриската револуција, но долго време се градат само во индустријализираните земји. Со индустриската револуција се усовршуваат веќе постоечките видови на транспорт (морски, речен, патен), но и се пронаоѓаат и нови видови на транспорт како железничкиот, авионскиот и во доменот на нематеријаленот сообраќај преносот на информации (телеграф и телефон). Всушност, новините се однесуваат на нови решенија за инфраструктурата или во новитети за конструкција на превозните средства или најчесто и на двете во исто време. Техниката предложена од Терцаги во 19 тиот век, а потоа на Mac Adam за конструкција на патишта продолжува поинтензивно да се применува и се создаваат доста густи мрежи од патишта, кое не било случај пред 7

индустриската револуција. Значи во тој период патиштата се тие кои најпрви одговараат на потребите на индустријата во зародиш. Но, набргу железницата и секако пловните канали се покажуваат поекономични за транспорт на тешки товари и патиштата служат повеќе за достава до врата. Пронајдувањето на нов вид на коли (различни од влечените со домашни животни), како велосипедот и автомобилот и малку подоцна и пронајдокот на тркалата со пневматици (гуми), допринесуваат да во 0-тиот век се појави нова техника за изработка на коловозен застор со битумен. Развојот на автомобилот почнува со првите експерименти на мотор на водена параеа од страна на Cugnot (околу 1770 година), продолжува со англиската дилижанса на пареа во 180 година и конечно во 1886 година Benz, Daimler, Panhard го инволвираат првиот бензински мотор кој во 1898 почнува индустриски да се произведува во Renault, а потоа и во други фабрики. Со вградување на овој тип на мотори излегуваат на пазарот различни видови на моторни возила: автомобили, камиони, автобуси, земјоделска и градежна механизација и т.н. Одтогаш помина повеќе од еден век и автомобилот се повеке се банализира во секојдневната примена. Неговата влијание е огромно врз развојот на модерните општества. Условите за преместување на луѓе во урбаните средини и надвор од нив драстично се менуваат. Мрежата од градски автопатишта и улици даваат можност да се оди до било која дестинација без промена на превозното средство. Автомобилот овозможува и интимност во превозот (слободен избор) и негова примена во секој момент (нема фиксен ред на возење). Овие три негови карактеристики се доволни за да го објаснат неговиот голем успех. Сепак, жителите на земјите во развој (3/4 од светската популација) како и одредени групи од популацијата во развиените земји кои немаат на располагање автомобил (деца, хендикепирани лица, и т.н.) се каптивни корисници на јавниот транспорт. Јавниот превоз на патници на големи растојанија се одвива со железнички и авионски транспорт, а на пократки растојанија со автобуси. Во големите метрополи јавниот превоз се организира околу железничкиот сообраќај, додека во помалите градови истиот најчесто се обезбедува со автобуси. Во земјите во развој, патиштата овозможуват транспортни врски со ангажирање на помали инвестиции од оние потребни за железничката инфраструктура, кои инвестиции може да се распоредат во времето потребно за изградба на патот. Пример, во прво време инвестиции за стабилизирање на природниот терен, потоа инвестиции за изградба на долни носечки слоеви и на крај коловозен застор. Во 1990 година, патниот сообраќај на светско ниво претставува 30% од сувоземниот превоз на продукти (во тони/километар), 85% од сувоземниот превоз на патници (во патнички километри). 8

ЖЕЛЕЗНИЧКИ СООБРАЌАЈ.1 Основни поими Најбитната разлика помеѓу железничкиот и патниот сообраќај е во тоа што возилата во состав на возот принудно се водат по фиксниот пат (шините). Нивното движење е строго контролирано и подлежи на организацискобезбедосни регулативи. Функционално разгледуван, железничкиот сообраќај се состои од три подсистеми - Железнички пат (пруга, колосек), - Возови, односно меѓусебно поврзани повеќе железнички возила кои ги влече возило со механички мотор за влеча - Експлоатација и организација на тој сообраќај. Класичниот железничкиот пат се состои од неколку материјали со различна еластичност, взаемно поврзани во колосечна решетка. Тие ги пренесуваат динамичките товари од возилата на материјалите во земјаниот труп. Значи, железничкиот пат се состои од земјан труп или долен строј и колосек или горен строј (Слика 1). Геометриски гледано трасата на пругата поминува по нерамен терен и за да можат да се движат возовите по неа нерамнините на теренот треба да се израмнат. Во долниот строј спаѓаат насип, ископ и засек со нивните косини и објектите долж трасата кои може да бидат потпорни зидови, пропусти, тунели, мостови и вијадукти. Онаму каде нивелетата на трасата е повисоко од котата на теренот се прават насипи, онаму каде нивелетата на трасата е пониска од котата на теренот се врши ископи, a засеци се прават онаму каде котите на нивелетата и на теренот се речиси исти. Горниот строј го сочинуваат две шини положени на прагови и прицврстени за нив со колосечен прибор, кои се положени во засторна призма од толченик (толчен камен). Слика 1. Составни елементи на железничкиот пат 9

Ваквата концепција на горниот строј е позната под терминот "класичен колосек". Секој од овие составни елементи на железничкиот пат треба да биде изучуван подетално и посебно, но треба и да се разгледува како една интерактивна целина. Возовите се составени од повеќе железнички возила меѓусебно поврзани и влечени од (едно или повеќе) железничко возило опремено со механички мотор за влеча или локомотива. Карактеристиките на возилата (а со тоа и на возовите) зависат од обемот и карактерот на транспортираните продукти или патници. Експлоатацијата на железничкиот сообраќај е многу битна не само за неговата економичност во функционирањето, туку истата влијае и на техничките елементи при проектирањето на пругата и на изборот на железнички возила. За безбедно одвивање на сообраќајот во фазата на експлоатација, пругите се екипирани со сигнално безбедносни уреди без кои не може да се организира и да се одвива овој сообраќај. Станиците се службени места на пругата кои служат за сообраќајнокомерцијални и технички операции во експлоатација на пругата како: прием и отпрема на стока и патници, манипулација со коли и вагони, поправка и одржување на железнички возила. Станиците имаат повеќе колосеци меѓусебно поврзани со свртници, обртници и преносници, како и поголем број на помошни уреди, постројки и згради. Овие три подсистеми на железничкиот транспортен систем се во една интерактивна меѓузависност и било каква промена на еден од овие подсистеми влијае врз промените кај другите. Затоа долго време железничките претпријатија беа една целина во рамките на секоја држава односно имаа монополска позиција во одвивањето на железничкиот сообраќај, односно една и иста компанија градеше нови и одржуваше постоечки пруги, купуваше возила и организираше транспорт.. Историски развој Железницата е симбол на најубавите денови на индустриската ера. Идеата да се овозможи водење на тркалата по метална шина и така да се економизира енергија за влеча доаѓа од експериментите вршени во англиските и германските рудници во 18-от век. Пронајдувањето на парната машина на Watt (1769 година) го овозможува производството на локомотивите на Seguin (187 година) и на Stephenson (189 година). Првите железнички линии се пуштаат во употреба во Англија, (Stockton- Darlington 185 година), потоа Liverpool- Manchester (1830 година) на кои сообраќале локомотиви на водена пареа. Во континенталниот дел на Европа, каде индустриската револуција се одвива поуспорено во тоа време, 10

помалку се гради од на Британскиот Остров. Во 1873 е пуштена во употреба и првата железничка линија во Македонија, пругата Скопје-Гевгелија-Солун. Трасата на една железничка линија во план и подолжен пресек е подложена на строги критериуми за проектирање од сигуроносен и функционален карактер. Историски гледано, во почетните години на нивната конструкција, истите биле градени од приватни конзорциуму кои постепено ја губеле економската моќ и железниците полека поминуваат под управа на државата. Од средината на 19 тиот век па се до Првата Светска Војна железницата владее со пазарот на транспортни услуги. Пловните патишта се единствените нејзини конкуренти за транспорт на тешки предмети. На технички план напредокот на железницата е спектакуларен. Снагата на локомотивите поминува од 0 на 8000 коњски сили, капацитетот на возовите за превоз на патници од 00 на 000 патници, товарот на товарните возови од 100 на 10000 тони (возови во рудници во Русија, во Австралија ), комерцијалната брзина од 40 km/h на 50 km/h (TGV). Должината на железничката мрежа во светот поминува од 30 000 км во 1850 на 1 50 000 км пред почетокот на Втората Светска Војна. Од тогаш до денес има стагнација и должината на светско ниво се проценува на 1.000.000 км. Ретките изградби на нови линии (Русија, Јужна Америка, Африка) се многу помалку во спореда со затварање на нерентабилните линии во САД, Франција, Австралија и Нов Зеланд. Со напредокот во конструкцијата и концепцијата на железничките возила парната влеча го отстапи местото на електричната и дизел локомотива. Електрификацијата почнува околу 1900 година со примена на кусите линии во урбани средини (метро и градски железници) и помеѓу двете светски војни електрификацијата се изведува интензивно на линии со голем сообраќај. Малку подоцна (по Втората Светска Војна) се промовираат локомотиви на дизел мотор кои наоѓаат примена пред се во земји кои располагаат со нафта или на пруги каде електрификацијата е доста скапа. Железничките коли за превоз на патници еволуираат во однос на конфорот и сигурноста, додека товарните вагони се усовршуваат за контењерски превоз, за различен вид на роба. Колосекот исто така еволуираше, но во помала мера од колите: растојанието помеѓу шините од 1,435 m постанува норматив при изградбата на пругите и земјите кои не го имаа усвоено принудени се да се адаптираат (пример: Шпанија, Русија...). Брзината на превоз и тежината на товарите изискуваат појаки профили на шини. Трасата во подолжен пресек обично избегнува наклони поголеми од 1% (10 ) иако електричната и дизел локомотивата се прилагодуваат и на поголеми наклони. Зголемувањето на брзините е во голема мера 11

лимитирано од трасата во план и од големината на хоризонталните радиуси на кривини. Радиуси поголеми од 1000 м се потребни за поголеми брзини и од минимум 4000 м за возови со големи брзини (TGV). И покрај големите технички напредоци, железницата по Втората Светска Војна трпи огромна конкуренција од патниот сообтаќај кој е многу повеќе флексибилен во однос на побарувачката и понудата на транспортни услиги. Железницата не само што ја одбележи индустриската револуција, туку истата има големо влијание и врз просторот во различен размер: од градски квартови, до регионални пејзажи па се до интернационални стратегии за транспорт. Денес над 130 држави и железнички претпријатија се членки на меѓународната унија на железници УИЦ во која работат голем број на експерти за стандардизација и развој на железничкиот сообраќај. Препораките кои се публикуваат во УИЦ се прифаќаат како технички и организациски регулативи во најголем број земји челенки на таа асоцијација. Седиштето на УИЦ е во Париз, Франција (www.uic.asso.fr)..3 Карактеристики на железничкиот транспорт и актуелна поставеност во рамките на Европската Унија Основните предности на овој транспортен систем би можеле да бидат синтетизирани во следниве карактеристики: - Железницата овозможува масовност на превозот кој доаѓа на второ место веднаш по водниот сообраќај. Масата на еден товарен воз може да биде од 3 до 4 000 тони, па и повеќе. - Брзината на превоз на средно долги растојанија (500 до 1 000 км) е конкурентна со брзината на авио сообраќајот (возовите со големи брзини (TGV) развиваат брзини во експлоатација од 70 до 300 km/h. Кај класичните патнички возови кои сообраќаат по добро опремени пруги истата е од 10 до 160 km/h. Класични товарни возови сообраќаат со брзини од 50 до 100 km/h, но денес веќе има специјални товарни возови кои одат со 00 km/h. - Висок конфор на патување во превоз на патници. Најновите возови со големи брзини се опремени со удобни седишта, со интернет и аудиовизуелни приклучоци на седиштата, со специјални вагони за деца, со специјални вагони за фамилијарно патување, со најразличен вид на автоматска послуга, со квалитетни вагон-ресторани, со коли за спиење. - Ниски превозни трошоци кога транспортот е добро организиран и на средно долги транспортни растојанија. Ниската цена на превозот резултира на релативно малите отпори на движење и на малата потрошувачка на енергија по единица превезен продукт или патник. Затоа овој вид на сообраќај е економичен при масовен превоз на патници и роба. - Висок степен на безбедност во одвивањето на сообраќајот во споредба со другите видови на сообраќај. 1

- Покрај можноста за користење на дизел горива за погон на моторите кај локомотивите, може исто така да се користи и електричната енергија. Оваа карактеристика е многу битна посебно кога знаеме дека ресурсите на нафта во светот се лимитирани и потребно е да се применуваат што повеќе т.н. "чисти" енергетски извори. Од организациона и економска гледна точка, овој вид на транспорт доживеа крупна промена со Директивата на Европската Унија 91-440 усвоена од Советот на Министри на ЕУ од 1991 година со која се отвори патот кон слободниот пазар и конкуренцијата за овој вид на сообраќај во земјите членки на ЕУ. Неминовноста за еден таков потег беше согледана во се поголемата конкурентност на патниот сообраќај и се поголемите економски дефицити на фирмите кои го обавуваа, организираа и одржуваа железничкиот сообраќај. Сите тие фирми (познати во пракса под името железничко претпријатие ) беа национални компани и држеа монопол во железничкиот сообраќај во својата матична држава. Со либерализација на пазарот на услуги од една компанија во секоја држава на ЕУ се почна со трансформација на железничките претпријатија со поделба на повеќе компании специјализирани за одредена активност. Оваа трансформација беше најлиберално спроведена во Британските Железници, каде што се приватизира секој сектор од компанијата, а најмалку се подели фирмата во Франција (СНЦФ) каде државата ја презеде сопственоста над железничката инфраструктура и формира јавно претпријатие РФФ, а компанијата СНЦФ организира и врши превоз и одржување на колосекот, но не се јавува како инвеститор на нови пруги и сопственик на инфраструктурата. Улогата на железничкиот сообраќај од денешен аспект е намалена, но сепак и доста битна особено затоа што се повеќе се наметнуваат проблемите со цената и резервите од нафта на светско ниво, како и се поголемата осетливост на граѓаните на високо развиените земји кон нарушувањето на човековата околина. Затоа од голема важност е изнаоѓањето на посовремени возила и поекономичен начина на изградба и екслоатација на овој вид на сообраќај. Пример за тоа се новините кои ги работат швајцарските експерти од оваа област и кои ги презентираат во работната верзија на проектот Swissmetro (www.еpfl.ch или www.swissmetro.com). Друг предлог за железнички брз транспорт кој доаѓа од Јапонија и од Германија е конструкција на колосек и на возила кои се движат со помош на електромагнетни полиња и каде комплетно се редуцира отпорот на триење помеѓу возилото и колосекот..4 Железницата во Македонија Уште во далечната 1873 година е пуштена во употреба првата железничка линија во Македонија Скопје-Гевгелија-Солун. По Втората Светска Војна македонската железница е во склоп на сообраќајното претпријатие "Југословенски Железници", а по осамостојувањето на Македонија се 13

формира едно јавно железничко претпријатие "Македонски Железници" кое моментално е во фаза на реорганизација. Вкупната должина на пругите во Македонија е 696 км од кои 78 км е главната магистралната пруга Табановце Гевгелија која е дел од европскиот транспортниот коридор 10 и истата е целосно електрифицирана (Слика ). 14

Слика. Постоечката и предвидена нова мрежа на пруги во Македонија Најдобриот период во експлоатација на пругите е во седумдесеттите и осумдесеттите години на минатиот век. Потоа доаѓа до опаѓање на обемот 15

на сообраќај, а со тоа и до драстично намалување на финансиските ефекти на претпријатието. Големата превработеност со намалениот обем на сообраќај ја принуди фирмата да се ослободи од голем број на вработени, но и да изврши структурална поделба. Следејќи го трендот на железничките претпријатија од земјите членки на ЕУ, претпријатието се подели на два дела: железничка инфраструктура (јавно претпријатие кое ќе се грижи за пругите) и експлоатација (фирми кои ќе го организираат и експлоатираат железничкиот сообраќај). Изградбата на пругата од Коридорот 8 (исток-запад) се уште е актуелна, но се гради со намален интензитет заради незатворени финансиски средства за изградба. 3 КЛАСИФИКАЦИЈА НА ЖЕЛЕЗНИЦИТЕ За полесно следење и изучување на функционирањето на железницата, пругите се класифицираат во одредени групи според дадени карактеристики. Општо земено, пругите може да се рангираат според техничката класификација која ги зема во предвид чисто техничките карактеристики или според сообраќајна класификација која се базира на сообраќајни особености на пругите. 3.1 ТЕХНИЧКА КЛАСИФИКАЦИЈА Техничката класификација на железниците може да се направи според: - природата на теренот и рељефот - карактеристиките на колосекот - карактеристиките на влечата Kласификација спрема теренот и рељефот Теренот и неговиот рељеф влијаат не само на техничките елементи на трасата на пругата и на инвестициите за нејзина изградба, туку и на експлоатацијата и одржувањето на пругите. Според оваа класификација имаме: - Рамнински пруги кои минуваат низ рамници или широки речни долини. Основна нивна карактеристика е дека истите се погодни за изградба (мали земјани работи и објекти) и со тоа се поевтинува инвестицијата, а и во фаза на експлоатација се поволни за транспорт на тешки товарни возови со прилично големи брзини. Изборот на елементите на трасата на пругата при проектирање е во голема мера слободен. - Бреговити пруги поминуваат низ благо разбрануван терен и обично се провлекуваат помеѓу подножјата на планината и ридовите. Самиот рељеф условува да се применат нешто понепогодни радиуси и наклони 16

на нивелетата што во одредени случаи го лимитира товарот на возовите и (или) истите се движат со помали брзини. Земјаните маси се израмнуваат прилично и нема потреба од скапи вештачки објекти. - Ридчести пруги се карактеризираат со траса која се качува по тесни долини долински пруги или се развиени по стари ридчести падини (падински пруги) и најчесто преминуваат преку вододелници на ридчестиот рељеф. Генерално земено, угорниците (наклоните на качување) се големи, кривините се со мали дозволени радиуси и во фаза на изградба има големи земјани работи, приличен број на објекти како потпорни зидови и тунели. Во фаза на експлоатација големите угорници бараат локомотиви со голема снага, возови со помали товари кои се движат со мали брзини. - Планински пруги се протегаат во планински рељеф во кој од посебна важност се климатските и хидрографските услови. Елементите на трасата на пругата се, во општ случај, во границите на дозволените максимални наклони или дозволените минимални радиуси на хоризонтални кривини. Голем е бројот на објекти и тунели и од таму и високата цена на нивна изградба. - Градски брзи железници се составен дел на интегриран јавен градски сообраќај на патници во големите урбани агломерации. Овие пруги ги поврзуваат најпериферните зони од урбаната агломерација со центарот на градот. Во централниот дел од градските зони се изведуваат подземно, додека во периферните делови се трасираат надземно. Елементите на трасата на пругата се најчесто со лимитирани вредности и во голем број на случаи зависат од уреденоста на урбаниот простор. Брзините на движење се доста големи, а моторните влечни средства така се конструирани да има големи забрзувања за кратко време, како и големи перформанси на кочниот систем. Станиците се распоредени на растојание од еден, два и повеќе километри. Да ги спомнеме овде и градските метроа и т.н. лесни метроа кои системи се исклучиво за превоз на патници во потесниот градски урбан регион. Класификација спрема карактеристиките на колосекот (железничкиот пат) Класичниот колосек се состои од две шини, колосечен прибор, прагови и засторна призма. Според растојанието на кое се наоѓаат двете шини од колосекот пругите се делат на: железници со нормален колосек кои имаат двете шини чие што попречно растојание (во однос на оската на колосекот) изнесува 1435 mm. Ова растојание се мери на 14 mm под главата на двете шини од нивната внатрешна страна, додека осовинското растојание помеѓу 17

шините е 1500 mm. Овие пруги се конструирани во најголем број на земји од нашето опкружување, во земјите во ЕУ и во нашата држава. железници од тесен колосек каде шините осовински се наоѓаат на растојание од 60 mm; 90 mm; 100 mm; 110 mm. Најголем број на ваков вид на пруги се изградени во Шпанија и во Латинска Америка. Кај нас исто така постоеле и т.н. теснолинејки кои се одликуваат со помали брзини на движење, но и со прилично помали технички елементи на трасата на пругата (радиуси, меѓуправци) во споредба со пругите од нормален колосек. железници со широк колосек од 154 mm; 1667 mm 1800 mm и т.н. кои се изградени во Русија и државите од регионот на бившиот источен блок, во Индија, во Ирска, во Шпанија Друга битна карактеристика на пругите е бројот на колосеци по кои се движат возовите. Постојат едноколосечни, двоколосечни и повеќеколосечни пруги. Бројот на колосеците зависи од обемот на сообраќајните потреби, како и од инвестиционите и експлоатациони трошоци. Да го спомнеме овде и некласичниот колосек или колосеци со три шини од кои третата средна шина е всушност запченик по кој се движи запченикот од железничката кола. Ваков вид на колосек се применува кога треба да се совладаат многу големи угорници на кратки растојанија при кои атхезијата помеѓу тркалата и класичните шини не е доволна за придвижување на возот. Вакво решение е изведено при системот на лесно метро во Лозана на должина од 50-тина метри каде се совладува голема висинска разлика на мало растојание (железничка станица Лозана станицата на метро Флон). Класификација спрема моторот на влечното возило Спрема моторите со кои се екипирани железничките влечни возила имаме железници со локомотивска влеча. Во општ случај, возовите се состојат од влечно возило кое се вика локомотива за која се меѓусебно поврзани влечени возила или вагони (коли за патници). Локомотивата обично е на почетокот од возот и заедно со вагоните ја сочинува композицијата на возот. При возови кои пренесуваат големи товари и при неповолни услови на трасата (изразени преку големи угорници), се прикачува на композицијата уште една локомотива на крајот од возот која се нарекува потисна локомотива. Значи локомотивите служат само за влеча на вагоните (или колите) и истите се екипирани со мотори за влеча 18

железници со јаже кај кои моторот за влеча е фиксиран и надвор од возот. Возот се влече со помош на челично јаже по стрми успониугорници. Железниците кај кои влечата е со локомотива може да се поделат на железници со парна влеча, железници со електрична влеча и железници со локомотиви опремени со мотори на внатрешно согорување. 3. СООБРАЌАЈНА КЛАСИФИКАЦИЈА За полесно изучување и стандардизирање на спецификите на железничкиот сообраќај, пругите се калсифицираат во различни групи според сообраќајот кој се одвива по нив или во комбинација со даден технички критериум. Класификација на УИЦ (интернационална унија на железници) според осовинското и сообраќајното оптоварување Оваа класификација се засновува на осовинското и сообраќајното оптоварување кои предизвикуваат замор во материјалите на колосекот. Во зависност од екипираноста и значајот на пругата постојат различни вредности за максималното осовинско оптоварување. Спрема класификацијата на пругите според максималното осовинско оптоварување, по УИЦ имаме 4 главни категории на пруги и тоа : A : максимален осовински товар од 16 t B : максимален осовински товар од 18 t C : максимален осовински товар од 0 t D : максимален осовински товар од,5 t Категорија на пруга според осовинското оптоварување Извор: UIC Code R-700 Товар по осовина Маса од возилото која доаѓа на 1m должен од колосекот A P=16t p = 5,0 t/m B1 P=18t p = 5,0 t/m B P=18t p = 6,4 t/m C P=0t p = 6,4 t/m C3 P=0t p = 7, t/m C4 P=0t p = 8,0 t/m D P=,5t p = 6,4 t/m D3 P=,5t p = 7, t/m D4 P=,5t p = 8,0 t/m 19

Сообраќајното оптоварување се дефинира во функција од бројот на дневното сообраќајно оптоварување. УИЦ ја дава следнава формула за пресметување на теоретското дневното сообраќајно оптоварување на една пруга : каде : T th = T p + k fr T fr + k tr T tr T p - дневен сообраќај од патнички коли T fr - дневен сообраќај од товарни вагони T tr - сообраќај на локомотиви на ден k fr - коефициент = 1,15 k tr - кефициент = 1,40 Сообраќајното оптоварување на ден се корегира и во зависност од брзината на движење на возовите и тоа : каде : T = S T th S = 1,0 - за линии без патнички сообраќај S = 1,1 - за линии со мешовит сообраќај со брзини V max <10 km/h S = 1, - за линии со мешовит сообраќај со брзини 10<V max <140 km/h S = 1,5 - за линии со мешовит сообраќај со брзини V max >140 km/h Базирајќи се на дневното сообраќајно оптоварување спрема УИЦ стандарди, различните железнички линии се групирани во следниве 9 групи: UIC grupi dneven soobra}aj vo iljada toni Слика 3. Класификација на железничките пруги по УИЦ групи спрема дневното сообраќајно оптоварување Класификација на пругите во Македонија Кај нас се употребува класификацијата која пругите од нормален колосек ги групира во - главни пруги од прв и втор ред (или магистрални пруги) и - споредни пруги од трет ред (локални пруги). 0

За пругите од први, втори и трети ред пропишани се техничките минимални карактеристики на трасата на пругата како: Минимален радиус на хоризонтална кривина Rmin, ширина на планум, осовински притисок, дебелина на засторна призма, тип шина, максимална брзина на возовите... Значи ваквата класификација е битен фактор при градењето и изборот на техничките елементи на пругата. 3.3 ОСНОВНИ ПОИМИ ОД ПРОЕКТИРАЊЕ И ГРАФИЧКА ПРЕТСТАВА НА ПРУГАТА Градежниот проект за една пруга се изработува во три фази: претпроект, идеен проект и главен проект. Во зависност од овие три фази се работат и графичките прилози на проектот и тоа во различна размера. Најситна размер е кај претпроектот, најдетален (или најкрупен) за главниот проект. За графичка претстава на пругите при проектирање или нивна реконструкција користиме план или ситуација, надолжен профил и попречни профили. Ситуација Кога се поврзуваат две места со железничка пруга не е можно практично да се повлече осовината на трасата како една права линија заради конфигурацијата на теренот и потребата за одбегнување и преминување на различни физички пречки на теренот. Затоа се повлекуваат повеќе правци и во пресекот на правците се вметнуваат кружни хоризонтални кривини со одреден радиус кој е радиус на кривината. Кривините се делат на леви и десни во зависност од насоката на скршнување од правецот одејќи во насока на стационажата. Крајните точки на кривината се нарекуваат почеток и крај на кривина, а прекршниот агол помеѓу правците се нарекува агол на прекршување. Стационажа се нарекува растојанието на секоја точка од оската на пругата мерено хоризонтално од почетокот на стационирањето. Хоризонталната проекција на оската што се состои од правци и кривини се нарекува алињман или ситуација (ситуационен план) на пругата (Слика 4). Слика 4. Алињман на пругата 1

Надолжен профил Пресекот на теренот со вертикална рамнина која е по осовината на пругата ги дава осовинските теренски коти, кои нанесени во одреден размер го даваат природниот напречен профил на теренот означен со теренските коти. За подобра прегледност размерот за висини и должини е различен и се движи од 4000 1000 za visini 1 :, до 1 : за претпроект 50000 10000 za dol`ini 00 00 za visini 1 :, до 1 : за идеен проект 5000 500 za dol`ini 100 00 za visini 1 :, или 1 : за главен проект 1000 1000 za dol`ini На теренскиот надолжен профил се проектира линија која ги израмнува земјаните маси (ископи и насипи) имајќи ги во предвид рељефните и геолошките карактеристики на теренот (Слика 5). Вака проектираната линија која ги израмнува земјаните маси се нарекува нивелета на трасата на пругата. Најбитна нејзина карактеристика се подолжните наклони кои се изразуваат во промили ( ) односно во (m/km). Ако нивелетата се качува во насока на стационажата, тогаш велиме дека истата е во угорница, ако истата паѓа со растење на стационажата велиме дека нивелетата е во пад. Местото каде наклоните се променуваат се нарекува прекршување на нивелетата кои се обликуваат со вертикални кривини со големи радиуси. Со нашите законски одредби (Закон за Железници, Сл. Весник на РМ бр.9/98) максималниот подолжен наклон е ограничен на 5. Ако нивелетата не ги израмнува земјаните маси и материјалот добиен од ископ не е доволен за да се изработат насипите, тогаш се вади материјал од теренот кој е во близина на оската и тие места се викаат позајмишта, а во обратен случај (кога имаме повеќе ископан материјал од потребниот за насипи) искпаниот материјал се носи на места наречени депонии.

Слика 5. Надолжен профил на пругата Попречен пресек Ако направиме пресек на теренот со вертикална рамнина нормална на оската на пругата ќе добиеме теренски коти кои ја даваат теренската линија на попречниот профил. Размерот во кој се нанесува е 1 : 100 или 1 : 00. Со нанесување на вака исцртаниот попречен профил на теренот на котата на нивелета (кота на планумот) и косините на насипите или ископите и (или) вештачките објекти се добива попречен профил на пругата (Слика 6). Горната површина на попречниот профил на која потоа се нанесува горниот строј од колосекот, се нарекува планум на пругата. Битни податоци за планумот се неговата ширина и котата на нивелетата. Ширината на планумот во проектите кај нашите пруги е одреден во зависност од рангот на пругата. 3

Слика 6.Попречни пресек во насип, ископ и засек Врз планумот на пругата се нанесува најпрвин засторна призма, потоа прагови и накрај за нив се прцврстуваат две шини. Горната површина на шините се означува како кота на ГИШ и истата го дефинира слободниот профил на пругата. Слика 7. Горен строј на пругата Слободниот профил е просторот над ГИШ кој треба да се обезбеди од секакви странични препреки за да може да се гарантира сигурно минување на железничките возила (истиот содржи во себе и одредени проширувања, односно резерви). Покрај слободниот профил битен за проектирање е и товарниот профил. Тој е просторот во кој мора да се смести секое железничко натоварено возило, односно секој полн вагон и ништо не смее да излегува надвор од него. 4

Слика 7а. Товарни профили во некои држави во Европа Потребно е да се разликува статички од кинематички профил затоа што во зависност од осовинското растојание, потребниот слободен профил за избегнување на пречките може да биде поголем во кривини, а особено е битно истиот да биде контролиран во тунели. За пруги со нормална ширина на колосекот од 1435мм, првиот товарен профил ППИ, усвоен во 1914 год. во Берн, бил со ширина од 3,150м и висина од 4,80м над ГИШ. Денес УИЦ дефинира 4 типа на товарни профили кои се однесуваат за сите пруги во стветот и тоа: - интернационален товарен профил (ППИ) кој е најмал заеднички габарит - товарен профил GA, кој е основен профил за пругите во Франција, - товарен профил GВ, кој е присутен профил кај одредени пруги - товарен профил GС, кој е задолжителен профил за сите нови линии во Европа. Сите овие товарни профили имаат иста ширина од 3,150м, а се разликуваат по висината и тоа за профил GA и за профил GВ висината е 4,30м, а за профил GС висината е 4,700м. Нашите пруги го имаат товарниот профил GС. Барањето за исти товарен профил на пругите во ЕУ е од потребата за превоз на контењери и можност за интероперабилност во железничкиот сообраќај. Интероперабилноста овозможува возовите да патуваат без ограничувања по пругите во државите од европскиот континент. Слободниот профил Слободен профил (слика 7б) е просторот над ГИШ кој треба да се обезбеди од секакви странични препреки за да може да се гарантира сигурно минување на железничките возила (истиот содржи во себе и одредени проширувања, односно резерви). 5

Слика 7б. Попречен пресек на современа електрифицирана двоколосечна пруга Слика 7в. Слободен профил за нови пруги во правец и во кривини со радиус еднаков или поголем од 50м без надвишување на надворешната шина (Сл. Весник на РМ, 151/010) Слободниот профил е поголем од товарниот профил и истиот е битен при проектирање на попречен пресек на тунели, при дефинирање на коти на објекти кај вкрстување на пруга со пат и при дефинирање на простор кој треба да остане слободен за поминување на железничките возила. Во тој простор не смее да има додатна опрема, објекти или препреки. 6

4 ЖЕЛЕЗНИЧКИ ВОЗИЛА - ОПШТО 4.1 ВОВЕД Железничките возила се специјално конструирани за принудно движење по колосекот. За проектирање на железничка пруга потребно е да се познаваат и основните елементи на железничките возила како и динамиката на нивното движење. Динамиката е дисциплина од науката која се интересира за движење на материјално тело (возило) и истата воспоставува релации помеѓу силите и придвижувањата кои тие сили ги предизвикуваат. Кинематиката се однесува на проучување на движењето на еден систем (повеќе поврзани возила). Проучувањето на движењето овозможува да се воспостави сооднос помеѓу поминатиот пат L, времето t и брзината V, како и да се пресмета потрошувачката на енергија. Овие релации се изведени од законите во механиката, од карактеристиките на возилата, на возниот пат и неговите технички карактеристики, како и од експериментални податоци кои се однесуваат на правила за возење на возилата и однесувањето на човечкиот фактор (Слика 9). Kolose~na oprema i ureduvawe na kolesecite Pravila i plan za eksploatacija Karakteristiki na `elezni~kite vozila Ograni~uvawe na brzinite Dodatni otpori Athezija Osnovni otpori Karakteristi~ni krivi na vle~ata TEORETSKO PATUVAWE NA VOZOT - tabeli za V(L) i t(l) - Vreme na patuvawe - Potro{uva~ka na energija - Kalibrirawe Sporedba na varijanti Слика 9. Анализа на движењето на железничките возила 7

Студијата за движење е неопходна кога: - се проучува концепцијата или се врши избор на железнички возила, - се проектира трасата и се уредува колосекот за да се дојде до хармонично движење и до рационална потрошувачка на енергија, - се подготвува програма или план за експлоатација и возен ред или пак кога се проучува капацитетот на пругите. 4. ВИДОВИ НА ЖЕЛЕЗНИЧКИ ВОЗИЛА Генерално, железничките возила може да се поделат во две групи : влечни возила и возила кои се влечат или влечени возила. Влечните возила се опремени со мотори кои можат да бидат на погон од пареа, електричен погон и на дизел горива. Овде спаѓаат локомотивите, специјални коли опремени со мотор (метроа, самостојни моторни влечни коли), дресини (Слики 10 до 13). Локомотива Re 4/4 460 Технички податоци: Електрична влеча од монофазен систем 15кW 16 /3 Hz Вкупна маса 84 тони Опремена со 4 мотори Максимална снага на ободот од тркалата 6100 кw Максимална влечна сила на ободот од тркалата 75 кn Максимална брзина 30 km/h Слика 10. Шематски приказ на локомотива Re 4/4 460 на швајцарските железници 8

Локомотива Am 6/6 Технички податоци: Дизел локомотива со дизел-електричен преносник Вкупна маса 111 тони Опремена со 4 мотори Максимална снага на ободот од тркалата 1435 кw Максимална брзина 85 km/h Слика 11. Дизел-електрична локомотива тип Am 6/6 на швајцарските железници Слика 1. Шематски приказ на основните составни елементи на електрична локомотива 9

Лесно Метро Bem 4/6 (ТСОЛ - Лозана) Технички податоци: Самостојна електровлечна моторна кола Вкупна маса во експлоатација 64 тони Опремена со мотори Максимална снага на ободот од тркалата 675 кw Максимална влечна сила на ободот од тркалата 77 кn Максимална брзина 80 km/h Капацитет 35 места (66 седење и 169 висење) Слика 1. Метро железничко возило за јавен превоз на патници во урбани зони Трамвај Be 4/8 (Берн) Технички податоци: Осовинско растојание на шини 1,0 м Вкупна маса во експлоатација 51 тони Опремена со мотори Максимална снага на ободот од тркалата 500 кw Максимална влечна сила на ободот од тркалата 50 кn Максимална брзина 60 km/h Капацитет 40 места (69 седење и 171 висење) Слика 13. Трамвај железничко возило за јавен превоз на патници во урбани зони Влечените возила се делат на : - железнички коли (или само коли) кои служат за превоз на патници, - на фургони со кои се превезуваат поштенски пратки, експресна пошта, - на вагони со кои се превезуваа стока или предмет, 30

- truck или коли со платформи (отворени вагони обично за превоз на патнички возила) Должината на возовите (која е битна кога се проектира пруга и станици и кога се прави нејзин план за експлоатација) се одредува земајќи ја стварната должина на влечните средства и средното осовинско растојание за влечените возила. Табела 1 Средна должина по осовина на современите железнички возила Тип на возило со нормална ширина Должина (m/осовина) Вагони со осовини 4 до 8 Вагони со 4 осовини 3 до 5,5 Вагони со 8 осовини (спуштени,5 платформи) Коли и автономни моторни влечни 5,5 до 6,5 единици со 4 осовини Локомотиви со 4 осовини 4 до 5 Локомотиви со 6 осовини 3 до 4 Маневарски локомотиви во станици 3 до 5 Извор: Р. Ривиер, 1997, стр. 9 Вагон Habils Технички податоци: Максимална бруто маса 50 тони Тара 30 тони Капацитет 117 м 3 Површина 50 м Слика 14. Вагон за превоз на продукти 31

Кола за превоз на патници која се користи на швајцарските железници за максимални брзини до 160кm/h (капацитет: 60 места во прва класа и 86 места во втора класа, тара 40 до 43 тони) Слика 15. Кола за превоз на патници Потребно е да се има предвид дека во различни земји има различен тип на возила со различни должини, тежини и број на осовини. Колите се разликуваат и спрема сопствената маса на колите (тара), товарна маса (корисна маса) и бруто маса (товар + тара). Товарната маса е обично од 15-5-45 тони. Во САД вообичаени тежини се од 45 тони, а има и товарни тежини од 60-80 тони и дури од 10 тони. Во европските железници најголема товарна маса на колите е 50-60 тони. Ова многу битна карактеристика на колите бидејќи со поголема товарна тежина може да се превезат поголеми товари со покуси композиции. Во тој случај потребни се поснажни локомотиви со појак горен строј. Инаку осовинскиот притисок е ист бидејќи овие коли имаат поголем број осовини. Вообичаен процент на товареност на колите е од 0,5-0,8 од нивната носивост (товарна тежина). 4.3 ОСНОВНИ КОНСТРУКТИВНИ КАРАКТЕРИСТИКИ НА ВОЗИЛАТА Основни конструктивни компоненти на железнички возила Сите делови на колите може да се поделат во три основни групи и тоа (Слики 16 и 17): - колска каса или сандак, кош кој служи за заштита на возилото, - примарен горен дел кој го сочинува примарната шасија и примарната амортизација (федери), диспозитивот за поврзување на колите и обртни постоља, - долен дел на колите кој го сочинуваат тркалата и осовините, односно осовинските слогови и лежишта, 3

Слика 16. Основни составни делови на железничко возило пример на електрична локомотива Слика 17. Основни составни делови на двоосовинско железничко возило пример на вагон 33

- Каса, каросерија (кош или сандак) Каса односно каросерија (кош или сандак) го нарекуваме горниот дел од колите или вагоните кој служи за заштита на патниците или кој ги содржи продуктите кои се транспортираат. Кај локомотивите овој конструктивен елемент на возилото служи за сместување на генераторите за енергија, за моторите, апаратите за управување со локомотивата и т.н. Изработена е од пластика, дрво или лесни метали со челични укрутувања и лим. Истата може да има најразличен облик во зависност од товарот. За безбедно движење битна е положбата на тежиштето на возилото кое се тежи да биде колку е можно пониско. - Шасија и органи за влеча и заштита од удари Шасијата е понекогаш комбинирана со каросеријата. Истата може да биде крута или поместлива и на неа се ослонува касата и товарот кој е во неа. Кај постарите типови на коли преку шасијата се пренесува вертикалниот товар директно врз конструктивните елементи за движење (осовинските слогови). Кај новите видови на возила товарите се пренесуваат на осовините и тркалата преку секундарна шасија која се наоѓа на осовинско обртно постоље (односно bogies ). Преку шасијата се пренесуваат и лонгитудинални сили (сили на влеча и кочење) со помош на континуиран или дисконтинуиран тегленици и квачила со кои колите се врзуваат во возот. На двата краја од возилата поставени се одбојници кои ги амортизираат ударите при застанување и возење на падови (Слика 19). Секоја кола има по два одбојника на двата краја. Одбојникот е составен од тањир, толченик, федер и чаура (корпа). Слика 19. Составни делови на одбојник Тегленикот е направен од челична шипка која оди по средната подолжна линија на колите и завршува со куки (Слика 0). Слика 0. Континуиран и дисконтинуиран тегленик 34

Со квачилата се поврзуваат возилата во состав на возот. Секоја кола има главно и споредни квачило на крајните страни. Колите се поврзуваат така да се добива непрекинат низ од тегленик-квачило. Европските коли најчесто користат квачила составени од вешалка, двостепена навртка и копча (Слика 1). Овие квачила примаат сили на затегање од 0 до 1 тони што може да ја ограничи тежината на возот. Слика 1. Европски тип на квачила - Органи за движење (тркалање) Концепцијата на тркалата, осовините и лежиштата на осовините се од примарно значење за сигурноста на сообраќајот затоа што тие директно се ослонуваат на шините. Тркалата и осовините кај железничките возила се обично нераздвојна целина позната под името осовински слог (Слика 3). Тркалата се круто навлечени на осовината во врела состојба. Оваа врска е крута затоа што од рамот и кошот на возилото се пренесуваат големи хоризонтални сили и удари. На ободот на тркалата се навлекува обрачбандаж во врела состојба од специјален челик и истиот се менува кога се изаби. Од внатрешната страна на обрачот има гребен за водење на тркалото до шината кој е така испрофилиран да тркалото не искокне од шината. Површината на обрачот која налега на шината е со конусен наклон од 1:0 (или 1:40 кај брзи пруги) кој наклон одговара и на наклонот на оската на шината спрема осовината на колосекот (Слика ). Слика. Наклон на обрачот од тркалото врз шината и спрема осовината на колосекот 35

Слика а. Профил на тркало за европски товарни и патнички вагони и коли Оските на кои се наоѓаат тркала со бандажи кои имаат гребен за водење на тркалата по шините се викаат водечки оски. Секое железничко возило мора да има минимум две водечки оски. Ако оските не се поместуваат во страна или околу средишната вертикална оска и во кривини остануваат паралелни така да нивните тркала им се во иста рамнина паралелна со осовината на колата, тогаш велиме растојанието помеѓу нив е крута база (кај постариот вид на коли). За да има безбедно возење потребно е соодносот помеѓу растојанието меѓу крајните оски и вкупната должина на колите да изнесува 0,45. Кога поминува возилото во кривина, надворешните тркала заклопуваат со тангентата на закривеноста на шината агол кој се нарекува агол на налет или агол на излетување од шината кој е поголем при поголеми крути бази. Затоа крутата база (растојанието помеѓу крајните оски) е лимитирана на максимум 4,5 метри. Во кривини со помали радиуси постои поголема можност од излетување на возилото од колосекот затоа што гребенот на тркалото повеќе се трие со шината и аголот на налет е поостар. Од овие причини се помалку се употребуваат возила со крута база, а се повеќе се во примена возила со слободно поместливи оски кои во кривина можат да завземаат радијална положба. Тоа го намалува аголот на налет и изградба на подолги коли. Во зависност од изабеноста на тркалото и главата на шината контактот помеѓу тркалото и главата на шината (слика 1б) може да биде во една или две точки (кај изабен материјал) или по целата належна површина (кај неизабени материјали). Слика б. Можни ситуации на контакт помеѓу тркалото и шината: (а) контакт во една точка, (б) контакт во две точки (с) целосен контакт 36

Слика 3. Осовински слог и растојанија за нормална ширина на колосек 37

Слика 3а. Тркало на железничко возило Конзолниот испуст од осовините се нарекува ракавец кој од двете страни е поставен во лежишни кутии со лушпести или куглични лежишта. Лежишните кутии се исполенти со масло за подмачкување на ракавецот со што се намалува триењето помеѓу ракавецот и лежиштата при вртење на осовината. Слика 3б. Лежишна кутија кај железнички возила Тркалањето на тркалото од челик по челична шина дава можност за мало триење и генерално бара да тркалата од една иста осовина се солидарни, односно да сочинуваат еден осовински слог. Ова пак предизвикува феномени на лизгање и на псеудо-лизгање. Специфичните напрегања се многу големи во контактот шина/тркало. Ако со P го означиме товарот од тркалото (t) и со D дијаметарот на тркалата (m), тогаш од теоретски и P практични анализи е добиен соодносот да е 0. D Минималниот дијаметарот на тркалото зависи од осовинското оптоварување, од максималната брзина на движење и од поставеноста на свртниците и апаратите на колосекот. Бројот на осовини и нивниот распоред ја условуваат распределбата на товарите и можностите за премин на возилото во кривини, како и трансверзалната динамика на возилата. Ретки се железничките коли кај кои има три оски. Вообичаено е да се тие парен број и групирани во две групи 38

на краиштата од колата. Таквото поврзување на две оски во една целина се нарекува осовинска вртлива платформа (осовинско обртно постоље) (bogies). Слика 3в. Осовинска вртлива платформа Значи за да се подобри трансверзалната динамика и за да се гарантира безбедно преминување во кривини, кога едно возило е со повеќе од две оски, истите може да бидат вклопени во секундарна шасија или осовинско обртно постоље (bogies) која што шасија може да се ориентира во смер на главната шасија. Со обртните постоља се постигаат големи должини на колите и преку 5 метри. 39

Слика 4. Правец на возило при премин во кривина поставено на обртни постоља Слика 5. Шематски и практичен изглед на обртни постоља Слика 6. Два степени на амортизација кај возила со обртни постоља 40

Постојат и други конструктивни можности на колите кои предвидуваат трансверзално мобилни средишни оски (Слика 7). Слика 7. Систем на конструкција на коли со поместлива средишна оска Кочници кај железничките возила Кочниците кај железничките возила имаат тројна улога: да ја регулираат брзината, да гарантираат нормално сопирање на возовите како и да можат да го сопрат возот во итни случаи. Разликуваме следни типови на кочници: - механички кочници со триење кои ја трансформираат кинетичката енергија во топлинска, - кочење по електричен пат кои ја користат можноста на електричните мотори да работат и како генератори - електромагнетни кочници со магнетни педали кои делуваат врз колосекот - со колосечни уреди (во ранжирни станици) Кочниците на механички погон со триење се најприменуваните кај конструкцијата на возилата. Кај класичните железници кочењето со овие кочници се прави со притисок на кочницата и активирање на кочните педали кои притискаат на обрачот на тркалото (по механички пат) (Слика 8) или со рачно активирање на кочниците. Слика 8. Механички кочници 41

Кај рачните кочници сите кочни педала на едно возило се поврзани во еден систем преку подолжни и попречни полуги (Слика 9). Овој систем се применува само како резерва на кочење. Слика 9. Систем на рачна кочница кај колите Кај механичките кочници може да се делува од едно место (од локомотивата) или од било кое возило во составот на возот во случај на итни интервенции при опасност. Механичките кочници може да делуваат со збиен (пневматски) или разреден воздух (вакум кочници). Главни конструктивни делови на механичките кочници се: - кочни уреди на локомотивата (компресор, главен резервоар, кочна славина), - главен вод, - кочни уреди на колите (кочни цилиндри, систем на полуги и кочни педали) (Слика 30) Слика 30. Конструктивни елементи на кочни уреди на колите Модерните типови на кочници може да се подесуваат во однос на пртисокот кој го пренесуваат на тркалата. Новите видови овозможуваат моментално кочење со финеси во подесувањето така да брзината на пренос на кочењето е околу 50до 80 м/сек кај кочници со компримиран воздух. 4

5 ЛОКОМОТИВИ 5.1 ВОВЕД Локомотивите се моторни влечни возила кои немаат простор за товар туку само механички мотори за влеча на возовите. Според видот на моторите, локомотивите можат да се поделат на: - парна локомотива (на водена пареа), - електрична локомотива (на електрична енергија), - дизел локомотива со мотори со внатрешно согорување (користат нафта) Изборот на кој вид на локомотива која ќе се употребува за влеча на возовите зависи од: - геометриските карактеристики на колосекот и на објектите долж трасата, - предвидените експлоатациони карактеристики како сообраќајно оптоварување, максимални товари и тежина на возовите, на бараните перформанси во експлоатција (брзина, трајност,...), - видот на расположивата и потребна екипираност на пругата (можности за користење на парна, електрична или дизел влеча) Примената на парната локомотива не е распространета како порано и затоа ќе ги разгледаме само елктричната и дизел локомотива. Пред да ги наброиме најбитните карактеристики на електричните локомотиви, да ги разгледаме системите на електрификација кај железниците кои се употребуваат во различни држави. 5. СИСТЕМИ НА ЕЛЕКТРИФИКАЦИЈА НА ЖЕЛЕЗНИЦАТА Основните карактеристики на системот на електрификација се видот на струјата и напонот во контактната мрежа, кои карактеристики се земени и за класификација на електрифицираните железници. - Систем со едносмерна струја Снабдувањето со електрична енергија кај овој систем се врши од далеководите во системот за снабдување со електрична енергија (Слика 31). Слика 31. Едносмерен систем на електрификација на железница 43

Таа струја оди во електровлечни подстаници каде преку исправувачи на струјата се претвара од наизменична во едносмерна струја (најпрвин напонот на наизменичната струја преку трансформатори се снижува на 3000 волти). Таквата струја се пушта потоа во контактната мрежа. Добри карактеристики на ваквиот систем се што истиот овозможува да се применат поедноставни конструктивни решенија на електромотори кај локомотивите (електромоторите слабо се осетливи на зголемување на напонот во контактниот вод, односно лесно поднесуваат преоптоварување и лесно се регулираат за постигнување на различни брзини. Локомотивите не се опремени со трансформатори бидејќи сатрујата во контактниот вод, составен од две бакарни жици, е со низок напон од 3000 волти). Недостатоци кои би можеле да се наведат е дека има потреба од исправувачи на струјата кои од трофазна ја исправуваат во едносмерна, како и релативно малиот напон во контактниот вод од 3000 волти што бара да истиот биде со голем пресек (30 до 50 мм, носечко јаже од 10 мм и контактен вод од жици од 100 или 00 мм). Исто така и електровлечните подстаници треба да бидат на мали растојанија од 15 до 35 км. - Еднофазен (монофазен) систем Овој систем на електрификација користи наизменична (еднофазна) струја најчесто со фреквенција од 50 Hz и напон најчесто од 5000 V во контактниот вод. Електричната мрежа се зема од мрежата на далекуводи со напон од 110 KV (или директно од електрична централа) и истата се доведува во електровлечна подстаница. Овде се намалува напонот со помош на трансформатори на 5000 V и таквата наизменична струја се пушта во контактниот вод за снабдување на локомотивата. На самата локомотива постојат трансформатори за намалување на напонот на околу 1000 V и исправувач кој што наизменичната струја ја претвара во едносмерна. Со ваква струја потоа се напојуваат електромоторите на локомотивата (Слика 3). Слика 3. Еднофазен систем на електрификација 44

Предности на овој систем се малиот пресек на контактниот вод (заради високиот напон од 5 КV тој се состои од носечко јаже со пресек од 65 мм и контактен проводник од една жица со пресек од 100 мм ). Електровлечните подстаници може да бидат на поголеми растојанија од 75 до 80 км. Како недостаток на овој систем на електрификација може да се земе осетното зголемување на тежината на локомотивата заради потребата од трансформатори и исправувачи на струјата. Самото тоа допринесува за покомплицирана конструкција на локомотивите и нивна поголема осетливост на промени на напонот. Со појавата на монофазниот систем најпрвин се применувала наизменична струја со фреквенција од 16 /3 Hz и напон во контактниот вод од 15000 V. Тој систем се задржал и денес во некои земји како Швајцарија, Австрија, Германија, Шведска... - Систем со трофазна струја Кај овој систем на еликтрификација електричната струја од далекуводите се трансформира во трафостаниците само на потребниот напон и се пушта директно во контактниот вод (исправувач не треба) (Слика 33), Слика 33. Систем на електрификација со трофазна струја Како недостатоци можат да се набројат комплицираниот и скап контактен вод со најмалку две жици, потоа тешкото регулирање на брзините во моторите и ограничениот напон во контактниот вод на 3700 волти кое условува примена на голем пресек на возниот вод. Кај брзи градски железници и метроа најприменуван систем е системот со едносмерна струја со напон од 800 до 1500 волти (обично контактниот вод е трета шина) а за трамвај едносмерна струја со помал напон од 500 до 800 волти (контактниот вод е воздушен). За јавни пруги најповолен е монофазниот систем. 45

Слика 31а. Тип на електрификација на пругите во Европа 5.3 ЕЛЕКТРИЧНА ВЛЕЧА Примената на електричната влеча датира од крајот на 19-от век и почетокот на 0-от век. Нејзината примена е најпрвин во конструкцијата на возила за јавен превоз на патници во поголемите градови (Лондон 1880, Париз 1900 и т.н.). Во првично конструираните возила била применета едносмерната струја која единствено била и позната, така да во електромоторите и не можело да се примени струја со повисок напон од 500 V. Со откривањето на полифазните струи се создало можност за конструкција на друг тип на мотори. Со развојот и новите пронајдоци на полето на електричната енергија се развиваат и различни технички решенија на електро моторите. Во различни земји биле усвоиени и усовршени различни системи на електрична влеча: - Во Швајцарија, Шведска, Австрија и Германија се применува во електрификацијата на железничките линии мофазниот систем со 16 /3 Hz и напон од 15000, 18000 и 000 V. - Во Холандија, Франција, Англија се применуваат едносмерен систем (едносмерна струја) со напон 1500 V и 1650 V. - Во Италија се применува исто така едносмерна струја, но со напон од 3000 V, во Русија со 3300 V и т.н. 46

Магистралната пруга Табановце Гевгелија е електрифицирана со ситем со монофазна струја со фреквенција на 50 Hz и напон од 5000 V. Во рамките на ситемот на железници на бившата југосовенска држава, електрификацијата на пругите од север до Загреб е системот со едносмерна струја со напон од 3000 V. Во зависност од видот на струјата која се користи за погон на електромоторите овие локомотиви може да се поделат на локомотиви со едносмерна струја, локомотиви со еднофазна струја и локомотиви со трофазна струја. За полесно изучување, електричните локомотиви може да се поделат на два дела: механички и електричен дел. Механичкиот дел го сочинуваат: - возно постоље со рам, тркала со освини (односно обртни постоља), амортизери, - локомотивски сандак (каросерија) - погонски механизам со помош на кој ротацијата на електромоторните оски се пренесува на моторните тркала. Електричниот дел се состои од: - пантограф, автоматски прекинувач, контролер, електрични отпорници и електрични мотори. - Помошни електрични направи и инсталации како вентилатори за моторите, електрични мерни инструменти, мрежа за осветлување, уреди за загревање на кабината, уреди за регулирање на компресорот за кочење и т.н. - Електрична локомотива од еднонасочниот систем Електромоторите кај локомотивите од овој систем се користат единствено со сериски спој каде намотките на роторот и статорот се врзани едни за други и низ нив тече таканаречената главна струја поминувајќи секогаш првин низ роторот а потоа низ статорот. Добри страни на ваквиот спој се манифестира преку помалата осетливост на промена на напонот во контактниот вод како и во поголеми обртни моменти на моторот и влечни сили при помали брзини што е многу добро при покренување на возењето по нагорници. Ладењето на електромоторите е со електрични вентилатори кои уфрлаат во моторите свеж воздух. Смерот на вртење на моторната оска напред или 47

назад се постига со промена на смерот на струјата во роторот или статорот, но така да главната струја секогаш поминува првин низ роторот. Регулирање на бројот на свртувања на роторот се постигнува со: a) промена на напонот на струјата, b) со ослабување на будењето на електро магнетното поле на статорот и c) со активирање на отпорник пред моторот. a) Промената на напонот на струјата се постигнува со различно поврзување на моторите и тоа: - сериски спој на сите мотори и во тој случај ако имаме локомотива со 6 мотори и ако напонот на струјата е 3000 V, тогаш напонот на струјата која го напојува секој електромотор е 3000/6 = 500 V. - во сериско-паралелен спој. Ако имаме локомотива со 6 мотори, тогаш по 3 мотори во сериски спој, а двете групи паралелно врзани. Напонот во секој мотор ќе биде 3000/3 = 1000 V. - По мотора во сериски спој, а трите групи паралелно врзани. Овој спој е исто така сериско паралелен или наречен само паралелен спој. Напонот на секој мотор ќе биде 3000/ = 1500 V. На ваков начин се добиваат три вида на возење кои можат да се избираат према потребната брзина, однсоно потребната влечна сила. b) Ослабување на будењето на електромагнетното поле на статорот се постига со намалување на намотките на статорот или со таканаречено "шентирање" на моторот, односно со паралелно врзување на еден отпорник со намотките на статорот. c) Активирање на отпорник пред моторот резултира со промена на брзината на вртење на роторот. Возењето кое се добива на овој начин е неекономично затоа што дел од електричната енергија бескорисно се троши претварајќи се во топлинска. Овој начин се користи само при придвижување на локомотивата, односно се одбегнува стално возење со активиран отпорник. Автоматските прекинувачи на струја имаат улога да ги исклучат моторите од работа ако јачината на струјата ја помине дозволената граница. Контролер е направа која ја користи машиновозачот за приклучување на електромоторите во различни шеми на сврзување (сериски, серискипаралелно, паралелно), вклучува и исклучува отпорници пред моторите. Овие контролери може да бидат и автоматски и во тој случај истите обезбедуваат поголема сигурност (можат да ги исклучат електромоторите од струја и при невнимание на мошиновозачот). 48

Пантографот кај електричните локомотиви служи за физички допир на локомотивата со контактниот електричен вод (Слика 34). Слика 34. Пантограф кај електрични локомотиви Пантографот се подига или спушта на пневматска направа со компримиран воздух, а притиска на контактниот вод со сила од 7 до 13 dan. Секоја електрична локомотива е снабдена со два пантографа од кои еден е резервен. Од конструктивните карактеристики на механичкиот дел на овие типови на локомотиви треба да се каже дека секоја моторна осовина има свој одделен електромотор. Кај овој систем на погон на поодделни осовини постојат повеќе типови на конструкции на пренос на силата, односно вртењето на оската на електромоторот. - Електрична локомотива од монофазниот систем На нашите електрифицирани пруги се применува монофазниот систем на електрификација (струја со напон од 5 000 V и фреквенција од 50 Hz). Најприменувани локомотиви од овој систем на електрификација се локомотивите 441 и 461. Локомотивата 441 има пречник на погонските тркала од 1,5 м кај нови бандажи и 1,17 м кај истрошени бандажи. Масата на локомотивата е 80 т. Има 4 електромотори и осовинскиот притисок е 0 т. Односот на преносните моторни запчаници е 73:0 = 3,65, а максималната брзина на движење е 10 km/h. Максималната влечна сила на ободот на тркалата при покренување на движењето е 8 000 dan. Часовата влечна сила на ободот на тркалата (ефективната) кај полуистрошени бандажи е 19 000 dan без слабеење на полето и 14 700 dan со полно слабеење на полето. 49

Слика 34а. Локомотива Е-441 Локомотива 461 има 6 елктро-влечни мотори со вкупна маса од 10 т и максимална брзина од 10 km/h. При часово напрегање влечната сила изнесува 1 400 dan. Односот на преносните моторни запчаници е 73:0 = 3,65 како и кај претходната електрична локомотива. Слика 34б. Локомотива Е-461 Покрај електричните локомотиви постојат и други електромоторни возила кои се користат најчесто за јавен градски превоз на патници во големите урбани градови. Електромотрните коли имаат електромоторен погон, а 50

потребната електрична енергија ја добиваат од контактниот вод преку пантограф како и електролокомотивите. Разликата со локомотивите е тоа што овие возила имаат и простор за прием на патници. 5.4 ДИЗЕЛ ЛОКОМОТИВА Моторите кај дизел локомотивата користат како погонско средство нафта и истите се опремени со цистерни, резервоари за нафта. Првиот дизел мотор е конструиран 1891 година од Дизел, но нивната примена во јавен железнички сообраќај датира по Втората Светска војна и тоа најпрвин во САД. Предност во однос на електро локомотивата е што дизел локомотивата е наполно независна од надворешни додатни погонски уреди као што е доводот на струја. Но, имајќи во предвид дека нафтата е природен ресурс со ограничени количини чии резерви се исцрпуваат секојденвно, може да се претпостави дека овој тип на локомотиви може да биде и понеадекватно решение од електричната локомотива во дадени случаи. Составни делови на дизел локомотивата се дизел мотор, преносник на снагата, помошни машини, локомотивскa платформа (постоље) и управувачки простор. Дизел моторот служи за погон на локомотивата. Тоа е мотор со внатрешно согорување кој користи како гориво нафта. Таа се пали во моторот сама од себе поради високата температура која се создава при компримирање на воздухот во цилиндрите. Гасовите од согорувањето на нафтата во цилиндрите предизвикуваат притисок од над 100 dan/cm, а вкупната снага на моторот може да надмине и 3000 к.с. Преносникот на снагата кај дизел локомотивите е многу битен за работата на влечата. Дизеловиот мотор дава нормална снага само при нормален оптимален број на обрти и истиот не може да ги врти тркалата директно како што тоа го прават електровлечните мотори. За да се исползува рационално снагата на моторот се става преносник помеѓу него и погонските тркала на локомотивата. Со преносникот моторот на локомотивата постанува делумно или наполно независен од брзината со која се движи локомотивата. Благодарение на него моторот може да работи неоптоварен со оптимален број на обрти, а после со помош на разни преноси да се приклучат во движење моторните тркала на локомотивата и тоа со брзина која одговара на моменталните услови на движење (да се наголемува или смалува брзината, независно од работата на моторот или пак да застанат тркалата да не се вртат, а моторот и понатаму да работи). Преносникот на снагата на моторот до погонските тркала може да биде конструиран како: 51

a) механички преносник на снагата со помош на запченици, b) електричен пренос c) хидрауличен пренос. Коефицент на корисно дејство на преносникот е битна карактеристика кај дизел локомотивите и истиот покажува кој дел од моторната снага се користи за погон на погонските осовини после преносот на снагата со преносникот. a. Механичкиот преносник на снагата во принцип се состои од два система на запченици од кои едниот е насаден на осовината на моторот, а другиот на погонска осовина. Со комбинирано вклопување на запчаниците од различен пречник од двете групи се добиваат поголеми или помали обртни моменти со што се врши подесување на влечната сила со брзината на движење (сличен принцип како кај менувач на брзините кај автомобилите). Овој преносник се применува кај локомотиви со мали снаги, како маневарски и локомотиви за локален сообраќај. Коефициентот на корисно дејство на овој преносник е = 85 до 90%. b. Електричниот преносник на снагата е во најголема употреба и токму на него се должи широката примена на дизел електричните локомотиви. Електричниот преносник работи на следниов принцип: дизел моторот е директно поврзан за генераторот за едносмерна струја. На овој начин механичката снага на дизел моторот се претвара во електрична енергија која ги напојува електромоторите кои се поврзани за секоја погонска осовина. Значи, секоја погонска осовина на локомотивата има свој електромотор како и кај електро локомотивите со мотори за едносмерна струја. Регулирањето на брзините е преку електричниот дел на локомотивата (дизел моторот работи постојано и со константно оптимален број на обрти). Електричната регулација е слична како и кај електричните локомотиви со различни шеми на спојување на моторите, слабеење на полето, активирање на отпорници, но и преку регулирање на работата на дизел моторот. Кочењето кај овие локомотиви може да биде и на електричен погон што го продолжува векот на траење на механичките кочници. Коефициентот на корисно дејство на преносникот е = 80 до 8%. c. Хидрауличниот преносник на снагата е сериозна конкуренција на електричниот преносник кај локомотиви со мали до средни снаги на моторот од 500 до 100 к.с. Хидрауличниот преносник има предност над електричниот што локомотивите кои се конструирани со него се полесни (пример, локомотива со јачина од 000 к.с. со хидрауличен преносник може да тежи 80 т, а со електричен најмалку 100 т). Локомотивите со овој преносник имаат најголем коефициент на атхезија f a =0,33 скоро како кај идеална локомотива, додека кај дизел-електричната тој коефицент е f a =0,5 0,30. Коефициентот на корисно дејство е речиси ист како и кај електричниот преносник. Коефициентот на корисно дејство на преносникот е = 0% во почетокот на движењето за да достигне 5

вредност од = 98% кога имаме континуиран режим на движење. Како средна вредност може да се земе е = 80%. Хидрауличниот пренос има висок степен на автоматизација на регулирање на влечната сила на дизел локомотивата во зависност од јачината на дизел моторот и брзината на движење. Принципот на работа на хидрауличниот преносник е следен: вратилото на дизел моторот активира центрифугална хидраулична пумпа која испумпува течност (најчесто уље) во турбина поврзана за погонските осовини. Со вртење на работното тркало на турбината течноста непрекинато циркулира, вртејќи го при тоа и вратилото на преносникот. Вратилото на преносникот механички е врзано со осовините на дизел локомотивата и на тој начин ги врти погонските осовини на локомотивата. Хидрауличниот пренос може да биде чисто хидрауличен и хидраулично-механички (со запченички пренос). Помошни машини и уреди кај дизел и дизел-електрична локомотива се следниве: - Акумулаторски батерии кои имаат задача да дадат струја на електричниот стартер (сервомотор) за пуштање во погон на дизел моторот. - Мотор генератор за едносмерна струја врзан е преку ремени за радилицата на дизел моторот и произведува струја. - Воздушен компресор кој служи за создавање на компримиран воздух со кој се снабдуваат кочниците, уредите за пескарење, за регулирање на работата на дизел моторот и т.н. - Електрични инструменти кои се поставени на масата во кабината за управување на локомотивата и кои служат за контрола и управување при движење на возилото. Локомотивскота платформа (постоље) се состои од челичен рам кој се изработува од главни и секундарни надолжни и попречни носачи со други врски и укрутувања. Од горната негова страна на него се поставува целата конструкција на локомотивата со сите делови (каросерија) а на долниот дел се наоѓаат стожерите за вртливите платформи (обртните постоља), кои овозможуваат радијално поместување на осовините и тркалата. Управувачкиот простор служи за сместување на командната (возната) табла на која се сместени сите уреди и инструменти за управување и надзор на локомотивата. Постојат и уреди кои овозможуваат далечинско управување од една од повеќето меѓусебно поврзани локомотиви. Со ваков уред можат да се постигнат големи влечни снаги кои ги овозможуваат повеќе поврзани локомотиви. Во возниот парк на нашите железници АД-МЖ најприменувана е дизел електричната локомотива ДЕЛ-661. 53

Слика 3в. Локомотива ДЕЛ-661 5.5 ОПШТИ КРИТЕРИУМИ ЗА ИЗБОР ПОМЕЃУ ДИЗЕЛ И ЕЛЕКТРИЧНА ЛОКОМОТИВА Изборот помеѓу дизел и електрична локомотива треба да се врши врз база на повеќе критериуми како на пример социо-економски критериуми, технички, критериуми поврзани со човековата околина, финансиски критериуми, политички и т.н. При одредување на границата за економска исплатливост на електрификацијата на една пруга, а со тоа и избор на електро локомотива, треба да се земе во предвид следново: - Од комерцијална гледна точка треба да се земат во предвид трошоците за инвестирање, експлоатација и одржување на возилата и колосекот, можностите за поширока примена на локомотивата, квалитетот на понудата на транспорт која влијае на побарувачката за транспортни услуги, - Од општествена гледна точка (јавна корисност) се разгледуваат критериуми поврзани со квалитетот на понудата на транспорт, зависноста од енергетски извори за влеча, загадување на воздухот и бучава. 54

Инвестиции, експлоатација, одржување Дизел влеча Електрична влеча Економски лимит на исплатливост за електерификација Сообраќајно оптоварување во бруто тони км Домен на економска Домен на економска исплатливост за дизел влеча исплатливост за електрична влеча Слика 35. Поедноставен графички приказ за економска исплатливост при избор на вид на влеча 55

6 СИЛИ ОД ОТПОРИТЕ ПРИ ДВИЖЕЊЕ НА ВОЗОВИТЕ Конструкцијата на возилата како и на патот (колосекот) кај железницата се такви да предизвикуваат едни на други повеќе несакани дејства. Таквата конструкција не можела да се избегне со оглед на карактерот на возењето при кое имаме присилно водење на возило по фиксен пат. Одтаму се наметнува потребата подетално да се запознаеме со сите динамички непожелни феномени при движење на возилата со цел да се истите ублажат или елиминираат. Принудното водење на возила со големи маси и релативно високо тежиште по релативно тесен колосек условуваат разни нестабилни состојби при движењето. Самиот облик на ободот на тркалото кој е со наклон, како и конструктивната можност дадена на возилото да се слободно движи и во попречен смисол на колосекот, предизвикува штетни движења од кои побитни се: - при возење во правец карактеристично е штетното синусоидално кривулесто движење, - при возење во кривина имаме уште покомплицирана состојба, затоа што имаме влијание на повеќе фактори како на пример: a) надвишувањето на надворешната шина во кривина со кое треба да се поништи дел од центрифугалната сила на возилата, b) наклонот на бандажот на тркалото со кој треба да се овозможи да надворешното тркало помине со ист број на тркалања подолг пат од тој на внатрешното тркало (заради истата аглова брзина) c) крутата база на возилата односно аголот на налетот заради кој надворешните тркалa настојуваат да ја напуштат (прескокнат, излезат) од надворешната шина. Шината со својата крутост го враќа тркалото и усмерува да оди во насока на закривеноста и тоа е феномен кој се случува на целата должина од кривината. 6.1 ВОВЕД За да се совладаат силите на отпори и да се придвижи возот, потребно е да се одреди снагата на влечата. Од гледна точка на потрошувачката на погонска енергија која ја троши влечата, намалувањето на силите од отпори има иста значајна улога како и зголемувањето на корисното дејство на погонските механизми на влечата. Покрај намалувањето на потрошувачката на погонска енергија за движење на возовите, смалувањето на отпорите овозможува да се зголеми тежината на возовите или брзината на движење со дадена влеча. Тоа беше и останува да биде предмет на голем број на студии кои доведоа до голем прогрес во концепцијата и конструкцијата на железничките коли и влечни возила (локомотиви), но и во конструктивните градежни решенија на самиот колосек. 56

Снагата на влечните возила понекогаш е ограничена со одредени лимити како на пример: ограничен габарит, лимитирана носивост на шините, на мостовите и сл. Во такви услови смалувањето на отпорите на движење добива уште поголемо значење. 6. ОПШТО ЗА СИЛИТЕ НА ОТПОРИ Како сили на отпори се сметаат оние сили кои се појавуваат при движење на возовите и кои што делуваат во спротивен правец од насоката на движење. Слика 36. Сили кои делуваат при движење на воз Z влечна сила W сила од отпори на движење Bk кочна сила РАЗЛИКУВАМЕ: а) Основни отпори кои се јавуваат секогаш при покренување и движење на возот. Овие отпори се нарекуваат уште и отпори на напредување, на движење. б) Додатни (или локални) отпори кои се јавуваат само повремено кога возот поминува во кривини, на подолжни наклони на пругата или во тунели. Тие зависат од техничките карактеристики на трасата на пругата. Усвојувајќи ја оваа поделба на отпорите треба да се напомене дека основните отпори на возилата се разгледуваат за пруга во правец и хоризонтала, бидејќи само таква пруга не предизвикува додатни отпори. 57

Значи при движење на возот по пруга во правец и хоризонтала се јавуваат само основните отпори кои се состојат од повеќе таканаречени елементарни отпори. Силите на отпорите (или пократко отпорите) се мерат и изразуваат во мерните единици за сила N, dan, kn. Специфичните отпори се однесуваат на еден тон од масата на возот и се изразуваат во kg/t, dan/t, N/kN или пак може истите да се изразат и преку наклоните во промили, бидејќи соодносот е 1 = 1 kg/t. Сумата на сите отпори (основни и додатни) го дава вкупниот отпор на движење на возот. 6.3 АНАЛИЗА НА ОТПОРИТЕ Тргнувајќи од основната општа равенка за движење на возовите имаме: dv F(v) = M + W1 (v) + W (s) dt Од десната страна на горната равенка се силите на отпорите. Овие сили на отпори се следниве: dv M - отпори од инерција dt W 1 (v) основни отпори W (s) додатни отпори Потребно е да ги анализираме посебно овие отпори и да ја представиме постапката за нивно одредување. 6.3.1 ОТПОРИ ОД ИНЕРЦИЈА ФАКТОР НА МАСАТА При движење на возот по дадена пруга сите негови делови се движат како една целина во насоката на патување на возот. Покрај транслаторното движење на возот како една целина, постојат и ротациони движења на поодделните делови на возилата како што се вртење на тркалата, осовините, моторот и т.н. Бидејќи е невозможно да се проучува секое од овие движења одвоено и независно од движењето на возот, истите се опфатени со еден коефициент на инерција, наречен фактор на масата на возот кој го означуваме со. За определување на факторот на масата, движењето на возот се заменува со движење на материјална точка со маса еднаква на масата на возот. 58

G вкупна маса на возот во тони (t) G M (t) g g земјино забрзување (g = 9,81 m/sec ) Кога возот се движи со дадена брзина V (m/sec) тркалата покрај ротационото движење се поместуваат и транслаторно со целиот воз, па вкупната енергија на возот во движење се состои од транслаторната и ротационата енергија: M V ω J Е вк. = Е транс. + Е рот. =...(Nm) или (Jul) Ј момент на инерција на ротирачките делови на возилата. (danm ) - аглова брзина на ротирачките делови на возилата (m/sec) V - брзина на транслаторно движење на возот (m/sec) Поедноставуваме ако земеме дека агловата брзина на ротирачките елементи на возилата е иста и е = R V каде R е радиус на тркалата во метри и заменувајќи добиваме: E V V V J V J J M J M M 1 E R R R M trans. 1 R M Изразот за факторот на масата е: J ρ 1 (бездимензионале коефициент) R M Според тоа вкупната енергија при движење на возот е: Е вк. =Е транс. Тоа значи дека вкупната енергија на возот во движење е еднаква на енергијата на транслаторното движење помножена со факторот на масата. Факторот на масата (или коефициентот на инерција) покажува дека покрај неопходната енергија за транслаторно движење на возот потребна е и енергија за ротација на движечките делови на возилата. Вредноста на факторот на маса е: = 1,10 до 1,15 за електрични локомотиви 59

= 1,0 до 1,10 за вагони и товарни коли (помал е за товарна кола со изабени бандажи) Факторот на масата за целиот воз (локомотива и вагони) е: G L маса на локомотивата... (t) G w масана вагоните... (t) ρ vk ρ L G G L L ρ w G w G w Апроксимативно факторот на масата за цел воз може да се земе од vk =1,061,08. - Точен начин за пресметка на специфичниот отпор на инерција Отпорите од инерција се јавуваат само при забрзување или успорување на возот. При движење на возот со рамномерна брзина овие отпори не се присутни. Тргнувајќи од основните Њутнови закони во физиката имаме дека силата од инерција е: dv F i ( v) M' M' ρ M dt M вкупна маса на возот сконцентрирана во материјална точка GL Gw (локомотива и вагони) M g M инерцијална маса на возот (локомотива и вагони)... (t) g земјино забрзување (g = 9,81 m/sec ) dv - забрзување на возот (m/sec ) dt Значи инерцијалната маса на цел воз може да се напише : ρl GL ρw Gw M' M ρvk g Специфичниот отпор од инерција за цел воз може да се пресмета на следниов начин: w in G F G w или ако го изразиме L i dv M' dt G G L w ρ vk G G L L G g G w w dv dt w in во N/kN, (dan/t, ) би имале: ρ vk g dv dt... (N/N) или (t/t) 60

ρvk dv win 1000... (N/kN, dan/t) g dt Горната равенка за пресметка на специфичниот отпор од инерција дава точни вредности кои се во функција од забрзувањето (или успорувањето) dv при движење на возот. dt Овде брзината на движење се зема во (m/sec), времето во (sec) и се dv добива во (m/sec ), земјиното забрзување е g = 9,81 m/sec. За dt факторот за масата за цел воз се зема апроксимативно 1,06 до 1,08. Забрзувањето и успорувањето при кочење на возот долж трасата е променлива величина и поточна пресметка на специфичниот отпор од инерција не би била возможна без програмска подршка (програмски пакет RAILNET ). - Приближен начин за пресметка на отпорот од инерција Големината на отпорот од инерција може да се одреди приближно ако работиме со средни вредности на брзината на движење на воз. Тргнуваме од условот дека големината на влечната сила Z која се создава во моторите од локомотивата, треба да биде таква за да може да ги совлада сите отпори на движење и уште да даде забрзување на возот за тој да достигне одредена брзина. Потребната влечна сила која треба да ги совлада отпорите и да даде убрзување на возот се вика отпор од инерција. Нека во почетокот на движењето брзината е V 0 =0 km/h, а по некоја должина на поминатиот пат L истата достигнува вредност V за одредено време t. Средната просечна брзина би била: V V sr Работата A која ја врши влечната сила Z за поминување на одреден пат L е: V A A Z L Z Vsr t Z t Z V t Вкупната енергија на возот во движење е : V E vk = E trans +E rot = E trans = M ρ 61

Од условот да потрошената енергија е еднаква на извршената работа 1 имаме : E vk = A M V V ρ Z t M V G Z ρ M t g G V Z ρ g t За да се добие влечната сила во dan или во kg потребно е брзината која се задава во km/h да се претвори во m/sec и вкупната маса на возот која е во тони да се претвори во килограми, односно : V V m/sec km/ h 3,6 G V Z 1000... (dan) 3,6 g t G вкупна маса на возот во (t) g земјино забрзување (9,81 m/sec ) V брзина на движење на возот во (km/h) t време на патување во (sec) Бидејќи должината на поминатиот пат L на кој треба да се достигне брзината V е : добиваме: V L3,6 L Vsr t t t за V во (km/h) и L во (m) V G V G V V Z Win 1000 1000 3,933 G 3,6 g t L 3,6 3,6 9,81 L V - Z се добива во (dan) - W in е вкупен отпор од инерција во (dan) - G е вкупна маса на возот во (t) - V е брзина на возот која се постигнува на крајот од одсекот со должина L, во (km/h) - L е должина на одсекот во (m) 1 Потсетување : извршената работа е еднаква на сила по поминат пат. 6

Win V Специфичниот отпор од инерција е: win 3,933 во (dan/t) G L Факторот на маса се зема апроксимативно = 1,07. Отпорот од инерција може да се одреди и преку дозволените забрзувања и успорувања на возовите. На железниците најчесто се употребуваат следниве дозволени забрзувања и успорувања (Profillidis, 006) : Табела 1. Дозволени забрзувања и успорувања за вид на воз ЗАБРЗУВАЊА Вид на воз Дозволено забрзување а (m/sec ) Товарни возови 0, до 0,4 Интерсити возови 0,4 до 0,6 Градски железници 0,6 до 0,8 Метро 0,8 до 1,0 УСПОРУВАЊА Дозволено успорување b (m/sec ) Конвенционални товарни возови 0,10 Експресни товарни возови 0,5 Патнички возови 0,40 до 0,50 Градски железници, метро 0,60 Максимално забрзување е 1, m/sec, а максимално успорување е 1,5 m/sec. Врз основа на овие дозволени забрзувања може да се пресмета потребната сила Z за забрзување на возот по совладување на сите отпори: V a t а забрзување во m/sec V брзина на движење во m/sec t време на патување во sec M V G Z M t g G Z M a 1000 a g а забрзување во m/sec G вкупна маса на возот во t Z сила за забрзување на возот по совладување на сите отпори во dan Специфичниот отпор од инерција може да се изрази : Z G 1000 w in 1000 a b 10 a - во dan/t G G g 9,81 Од претходниот образец за специфичниот отпор од инерција може да се изрази должината на патот L на кој се постига брзина V како и времето t потребно за постигање на таа брзина. 63

w in V V 3,933 L 3,933 L w V V w in 10 a L 3,933 0,0386 10 a a Во горната равенка брзината V е во km/h, а забрзувањето а во m/sec. Должината на патот L се добива во m. За пресметување на времето на патување t за кое се постигнува брзина V би имале : L L L t 1000 60 60 0, 1 V 1000V V Овде брзината е во km/h, должината на патот во m, а времето се добива во min. ПРИМЕР 1: За воз со вкупна маса G=300 t, дозволено забрзување а=0,0 m/sec и вкупен отпор на возот без инерцијалниот W=3000 dan, да се одреди вишокот на влечна сила за забрзување на возот. На која должина од патот возот би имал брзина од 50 km/h и за кое време би ја постигнал таа брзина? РЕШЕНИЕ: G=300 t а=0,0 m/sec =1,07 W=3000 dan V=50km/h а) Вишок на влечна сила за забрзување е : G 300 Z 1000 a 1000 1,07 0,0 6544 dan g 9,81 б) Специфичниот отпор од инерција е: Z 6544 w in 1,81 dan/t G 300 в) Влечна сила со која се забрзува возот: Z W Z 3000 6544 9544 dan г) Должина на патот за постигање на бараната брзина V 50 L 0,0386 0,0386 48 m или : a 0,0 V 50 L 3,933 3,9331,07 48 m w in 1,81 д) Време за постигање на бараната брзина : L 48 t 0,1 0,1 1,16 min V 50 in 64

6.3. ОСНОВНИ ОТПОРИ При движење на возот по пруга која е во правец и хоризонтала се јавуваат само основните отпори кои ги сочинуваат повеќе така наречени елементарни отпори кои може да ги поделиме во следниве групи : - Внатрешни отпори кај возилата; - Отпори кои се создаваат од колосекот ; - Отпори од воздухот. 6.3..1 ВНАТРЕШНИ ОТПОРИ КАЈ ВОЗИЛАТА Овие отпори се состојат од повеќе компоненти како што се : а) отпори од триење при вртење на ракавецот на осовината во лежиштето, б) отпори од триење на материјалот за амортизација, в) отпори кои се јавуваат при работа на локомотивата во самиот механизам на моторите и преносот на снагата на погонските осовини, г) отпори од триење на допирните површини на тањирастите одбојници и т.н. Резултатот од дејството на овие отпори се манифестира со абење и создавање на топлинска енергија. Од овие отпори најзначајни се отпорите од триење на ракавецот на осовината во лежиштето и отпорите кои се јавуваат кај локомотивите, односно отпори во механизмот на моторите или отпори при преносот на снагата на моторите на погонските осовини. Последниот отпор се зема во предвид најчесто преку коефициенти на корисна работа на погонскиот механизам при одредување на влечните сили на локомотивата. Од овие елементарни отпори може математички да се изведе образец за отпорите од триење на ракавецот на осовината со лежиштето за ослонување на конструктивните елементи од возилото (шасија и сандак), додека останатите отпори во оваа група се добиваат по емпириски пат. А) Отпори од триење на ракавецот на осовината во лежиштето Движењето на возилото се врши така што осовината со тркалата се врти и се движи по шините. При тоа вртење на тркалото помеѓу ракавецот на осовината и лежиштето се јавува сила на триење W tr (слика 1) која е еднаква на W tr = P P- притисок од тркало врз ракавецот на осовината во kn или во t - коефициент на триење помеѓу лежиштето и ракавецот на осовината 65

Механичката работа на оваа сила на триење за едно завртување на тркалото е : Pd= W tr D W tr = d D P Слика 1. Сила на отпор од триење на ракавецот на осовината во лежиштето W tr - сила на отпор од триење меѓу ракавецот на осовината и лежиштето (dan) d - дијаметар на ракавецот на осовината (лежишниот дел од осовината) во cm D - дијаметар на тркалото во cm Специфичниот отпор на триење w tr го добиваме кога P = 1 тон и ако W tr е во тони тогаш имаме: Wtr d wtr 1000. dan/t P D Значи специфичниот отпор од триење во лежиштето и осовината е поголем при подебел ракавец на осовината, поголем кефициент на триење помеѓу лежиштето и ракавецот и при помал пречник на тркалото. Во пракаса најголеми промени има кај коефициентот на триење кој зависи од многу фактори: од квалитетот и видот на мазивото, од видот на лежиштето, од специфичниот осовински притисок, од брзината на вртење на ракавецот, од надворешната температура на воздухот, од материјалите кои се тријат. 66

Слика 33а. Поставеност на лежишната кутија на ракавецот од осовината Овие отпори зависат од видот на лежишната кутија и лежиштата, температурата на воздухот, тежината која доаѓа на едно тркало, време на задржување на возилата на колосекот, но не зависат многу од брзината. Специфичниот отпор од триење во лежиштето на ракавецот од осовината има променливи вредности. Најголем е во почетокот на движењето кога после стоење на возот имаме суво триење, бидејќи нема подмачкување. Со движењето на возот се реставрира мазивото на површините кои се тријат. Зиме овие отпори се поголеми во просек за 0% бидејќи мазивото е погусто. Видот и конструкцијата на лежиштата се доста важни за големината на овие отпори. Кај обични лушпести (клизни) лежишта, со кои се конструирани постарите коли, коефициентот на триење е поголем во споредба со кугличните (валчести) лежишта кои се применуваат кај нови возила. Кај лушпести лежишта кога мазивото во лежишната кутија не е реставрирано коефициентот на триење = 0,10 до 0,5, а специфичниот отпор во вакви услови е w t =11,5 до 8,8 dan/t, додека кога мазивото го обвиткува ракавецот од осовината = 0,05, а специфичниот отпор е w t =5,8 dan/t. Кај куглични лежишта = 0,05 до 0,06, a специфичниот отпор е w t =5,8 до 6,9 dan/t. б) отпори од осцилирање и триење на материјалот за амортизација се во функција од брзината на движење и истите се околу w оt =1 до dan/t, в) отпори кои се јавуваат при работа на локомотивата во самиот механизам на моторите и преносот на снагата на погонските осовини, г) отпори од триење на допирните површини на тањирастите одбојници Резултатот од дејството на овие отпори се манифестира со абење и создавање на топлинска енергија. Од овие отпори најзначајни се отпорите од триење на ракавецот на осовината во лежиштето и отпорите кои се јавуваат кај локомотивите, односно отпори во механизмот на моторите или отпори при преносот на снагата на моторите на погонските осовини. 67

Последниот отпор се зема во предвид најчесто преку коефициенти на корисна работа на погонскиот механизам при одредување на влечните сили на локомотивата. Од овие елементарни отпори може математички да се изведе образец за отпорите од триење на ракавецот на осовината во лежиштето, додека останатите отпори во оваа група се добиваат по емпириски пат. 6.3... ОТПОРИ ОД КОЛОСЕК Овие отпори настануваат при движење на тркалата по шините и тие можат да настанат : - отпори при тркалање, вртење на тркалото - отпори од нерамнини на шините и тркалата - отпори од ударите и осцилирањата на возот при движењето - отпори од потрошената работа на амортизерите - отпори од абење и брусење на шини и т.н Повеќето од овие отпори може да се одредат по математички пат, но при тоа извесни коефициенти или одделни нивни членови во изразите треба да се одредат емпириски. А) Oтпори од тркалање, вртење на тркалото по шината При движење на тркалото по шината доаѓа до притискање на тркалото врз истата со што се јавува угиб на шината. Покрај тоа доаѓа и до триење помеѓу допирните површини на тркалото и на шината. Големината на угибот на шината зависи од типот на колата, од осовинскиот притисок, типот на шината, видот на праговите и нивниот распоред како и од карактеристиките на засторот и долниот строј. Нормална големина на слегавањето (угибот) под дејство на статички осовонски товар од 00kN е до 1,5mm. Отпорот при тркалање зависи од големината на притисокот кој доаѓа на едно тркало (половина од осовинскиот притисок), должината на допирната површина и големината на деформацијата на шината. Одредени автори сметаат дека отпорот на тркалање расте со порастот на брзината, бидејќи тогаш се зголемува допирната површина помеѓу тркалото и шината. Други пак сметаат дека со порастот на брзината на движење овие отпори се намалуваат кое што го поткрепуваат со тезата дека со порастот на брзината се намалува потребното време за деформирање на шината, па така угибите на шината се помали при поголеми брзини, а со тоа помали се и отпорите при тркалање. Теоретски, шината се разгледува како континуирана бесконечна еластична греда ослонета на еластична подлога. 68

Во секој случај при нормални услови на сообраќај специфичниот отпор од тркалање се движи во граници од 0,4 до 1,0 dan/t. Б) Oтпори од удари, од осцилирање на возот при движење, од потрошената работа на амортизерите Овие отпори се во функција од брзината на движење на возот и се препорачува да се земат ориентационо од 1 до dan/t. 6.3..3. ОТПОРИ ОД ВОЗДУХ Во групата на основни отпори спаѓаат и отпорите од воздух кои за разлика од другите споменати основни отпори зависат од обликот и материјалот со кој е изработена површината на возилата, од релативната брзина на движење на возот во однос на брзината на ветерот и од средината во која се движи возот, односно од аголот на движење на воздухот во однос на траекторијата на возилата. Движејќи се, возот покренува и одредена маса од воздух која се спротивставува на движењето. Помеѓу покренатите слоеви од воздушна маса и бочната површина на возилата настанува триење. Воздушната маса околу возот се движи заедно со него и на крајот од возот се создава воздушен вакум кој сака да го успори возот (Слика 3). Слика 3. Влијание на воздухот врз возот во движење Вкупниот отпор од воздухот се состои од: - притисок на челната површина на возот - вакум на крајот на возот - триење меѓу бочните површини на возот со воздухот - отпор како последица на работата која се троши за убрзување на околните воздушни маси Од сите овие компоненти на отпорот од воздух најзнјачајна е компонентата на притисок на челната површина на возот (првото возило во возот е локомотивата). Тој е во функција од воздушниот удар од масата пред возот и квадратот на релативната брзина на движење помеѓу возот и воздухот. 69

Vr p (dan/m ) g p специфичен притисок од воздухот на 1 m површина специфична односно волуменска тежина на воздухот (1,5 dan/m 3 ) g земјино забрзување (9,81 m/sec ) V r релативна брзина на движење меѓу возот и воздухот (m/sec) V (km/h) = 3,6V (m/sec) V (m/sec) = V (km/h)/3,6 1,5 Vr Vr p 0,005Vr 0,5 (dan/m ) 9,81 3,6 10 Силата од дејството на ветерот врз челната површина на возот е: P = pf = 0,005V r F = F V r (dan) коефициент кој зависи од формата, големината и материјалот на челната површина, коефициент на специфичниот челен притисок на воздухот (се добива емпириски) F челна површина на возот (m ) Силата од дејството на ветерот врз бочните површини на возот е : T = SV r (dan) - коефициент на специфичен бочен притисок на воздухот (се добива емпириски) S бочна површина на возот во m Вкупното влијание на воздухот е: P + T = (F + S)V r Дејството на ветерот во повеќе случаи го зголемува отпорот од воздух. Само во ретки случаи, кога ветерот делува точно во правец на движењето на возот, тој го смалува отпорот од воздух, па дури може да го направи и негативен. Затоа релативната брзина помеѓу воздухот (ветерот) и возот V r се зема: како збир на брзините на движење на ветерот и возот кога ветерот делува во спротивен правец од движењето на возот и како разлика на брзината на движење на ветерот и воздухот кога ветерот делува во исто правец со движењето на возот. 70

Бочниот ветер го зголемува отпорот од воздух и неговото дејство може да биде и поголемо од дејството на челниот ветер, заради поголемата бочна површина на возот. Неговото влијание се изразува со потискување на колите, а со тоа и на тркалата, на спротивната шина со што се јавува поголемо триење меѓу бандажите на тркалата и главата на шината. При многу силен ветер при премин на празни коли во кривини со мал радиус постои опасност и од излегување на возилата од шините. Резултатите од испитувањата покажале дека најнезгоден агол на налет на бочниот ветер е од 0 до степени. Вкупниот отпор од воздухот обично се одредува експериментално во опитни тунели. При тоа се одредува коефициентот C w со кој се зема влијанието на обликот на колите во возот. Овој коефициент се нарекува аеродинамички коефициент и неговата вредност е помала кај аеродинамички обликувани возила. Од него зависат челниот и бочниот отпор, односно бочното триење и убрзување на воздушните маси. Ако го земеме во пресметката овој аеродинамичен коефициент, тогаш вкупниот отпор од воздухот е: W w p F C w V r 0,5 F Cw 0,005Vr F Cw (dan) 10 F еквивалентна челна површина на возот F = 10 1 m за нормален колосек F = 8 9 m за тесен колосек C w аеродинамички коефициент (C w = 0,10 0,50 1,00) V r релативна брзина помеѓу воздухот и возот (при ветер во правец на движењето се зема разликата од брзините на ветерот и возот, а при ветер спротивен на движењето се зема збирот на брзините меѓу возот и ветерот). За наше географско подрачје брзината на ветерот е V v = 8 15 km/h. Друга формула која може да се примени за пресметување на отпори од воздух е следната: W w k F V 10 10 во (kn) 3 k кеофициент на форма на челната површина кој е: - 0,060 за локомотиви - 0,014 за четворо-осовински товарни вагони - 0,009 за патнички коли F еквивалентна челна површина на возот (8 10 m ) V брзина на движење на возот (km/h) Вкупниот отпор од воздухот се дели на масата на возот за да се добие како специфичен заради другите отпори, кои ги изразуваме како специфични, 71

иако тој не зависи од масата на возот. Oвие отпори особено се изразени кај возви со големи брзини (300 km/h) каде истите претставуваат околу 80% од сите отпори. Особено внимани кај вакви брзини треба да се посвети на тунелите и притисокот кој овие отпори од воздух го ствараат на тунелската подградба. 6.3..4. ВКУПНИ ОСНОВНИ ОТПОРИ НА ДВИЖЕЊЕ Вкупните основни специфични отпори на движење w o се состојат од специфичните отпори предизвикани од триење w t, од удари, тркалање и деформирање на шините и колите w d и од воздух w v. w o = w t + w d + w v Големината на основните вкупни специфични отпори при движење на воз во правец и хоризонтала може да се определат по теоретски и експериментален пат. Одредени членови (коефициенти) во обрасците за определување на овие отпори се добиени по експериментален пат, бидејќи не можат да се изразат со математички модели. Постојат повеќе емпириски формули за определувањее на овие отпори во кои извесни членови зависат или не зависат од брзината на движење. Во општ облик овие отпори може да ги изразиме преку следниов образец: w o = w t + V + V Обрасците се моделирани така да имаме изрази за пресметување на вкупните основни специфични отпори за цел воз w o, обрасци за пресметување на вкупните основни специфични отпори за влечните возила w o и обрасци за пресметување на вкупните основни специфични отпори за влечените возила w o.најчесто одвоено се пресметуваат основните специфични отпори на влечните возила (локомотиви) и основните специфични отпори на влечените возила (коли, вагони). Вкупниот основен специфичен отпор за цел воз се добива како нивна пондерирана сума, односно: w o w ' o G G L L w '' o G w G w каде G L е масата на локомотивата, а G w е масата на колите во составот на возот. Ако работиме со вкупните основни отпори (не со специфичните) во тој случај вкупниот основен отпор за цел воз при возење во правец и хоризонтала е еднаков на: W G o L w ' o G w w '' o 7

А) ОБРАСЦИ ЗА ВКУПНИТЕ ОСНОВНИ СПЕЦИФИЧНИ ОТПОРИ ЗА ДИЗЕЛ И ЕЛЕКТРИЧНА ЛОКОМОТИВА 1. Модифициран образец на Девис За определување на вкупните основни специфични отпори на овие локомотиви се користи модифицираниот образец на Девис кој е : ' 13,15 0, 0046 F V wo 0,65 0,0V (dan/t) P GL P осовински притисок на локомотивата (притисок по осовина) во (t) V брзина на движење на локомотивата во (km/h) F челна површина на локомотивата (од 10 до 13 m ) G L маса на локомотивата во (t). Модифициран образец на Штрал За определување на вкупниот основен отпор на локомотивите може да се користи и модифицираниот образец на Штрал. За да се добие вкупниот основен специфичен отпор на локомотивите вкупниот основен отпор на локомотивите треба да се подели со масата на локомотивата. Вкупниот основен отпор е: ' V r W,0 5,0 0,5 o G Lo GLa Cw F... (dan) 10 V r релативна брзина со која се движи локомотивата во однос на ветерот во (km/h). За дејство на ветерот (брзина на ветерот V w = 8 15 km/h за наши климатски услови) во спротивен правец од движењето на локомотивата се зема V r = V L + V w каде V L e брзина со која се движи локомотивата во (km/h). F челна површина на локомотивата (од 10 до 13 m ) G Lo слободна маса на локомотивата во (t) G La атхезиона маса на локомотивата во (t) C w коефициент на отпорот од воздух (0,50 0,7) Основните отпори кај локомотивата се во функција и од напрегањето на моторот. Полно напрегање на моторот имаме на пругата во нагорници (успони), во хоризонтала или мали падови, а празен ход на моторите имаме при возење на падови поголеми од падот на кочење. Ако ги земеме во предвид и напрегањата на моторот, тогаш основните вкупни специфични отпори на електрична и дизел локомотива се одредуваат по следниве емпириски обрсаци: 73

- при полно напрегање на моторот w o = 1, + 0,05 V + 0,00046 V (dan/t) - при празен ход на моторот w o =,3 + 0,035 V + 0,0005 V (dan/t) V брзина на движење на локомотивата во (km/h) 3. Образец на Џионаварди (применуван на италијанските железници) Основниот специфичен отпор кај локомотивите е: ' V w o,5 3 100 Вкупните основни отпори на локомотивата или специфичните основни отпори се даваат од производителот на одреден тип на локомотива во форма на дијаграми или пак во табели. 4. Образец за локомотива Е-441 Вкупниот основен отпор за локомотивата е: ' W 10 0,7848 V 0, 0343355 V o Б) ОБРАСЦИ ЗА ВКУПНИТЕ ОСНОВНИ СПЕЦИФИЧНИ ОТПОРИ ЗА КОЛИТЕ Постојат повеќе обрасци за пресметување на овие отпори. 1. Штралов образец На нашите железници, согласно наследениот возен парк на вагони и коли од минатото, за коли со лишпасти (клизни) лежишта специфичниот основен отпор на колите се одредува според Штраловиот образец кој не го зема во предвид ветерот и неговото влијание на движење на возот: '' V w o,0 k 0,007... (dan/t) 10 V брзина на движење на колите (вагоните) во (km/h) k коефициент кој зависи од видот на возот, видот и конструкцијата на колите (вагоните) во состав на возот, како и од степенот на товареност на истите (се движи од 0,05 0,107). 74

Табела. Вредности на коефициентот k во зависност од видот на возилото k Вид на воз, вагони/коли 0,107 Товарен воз со празни вагони 0,057 Товарен воз со мешовит состав на возови составен од товарени и празни вагони 0,03 Тешки товарни возови (затворени гарнитури) 0,033 Патнички возови со двоосовински и троосовински коли 0,05 Брзи возови со четириосовински коли Извор: Popović, 004 За понов вид на коли (вагони) со валчести осовински лежишта се користи образецот: '' w o 80 V, k 0,007 (dan/t) V 38 10 Влијанието од ветерот се зема во предвид со примена на следниот образец: '' w o 80 V V, k 0,007 (dan/t) V 38 10 Ако ветерот е со умерена јачина, тогаш се зема ΔV=1km/h, а во случај на силен ветер се зема ΔV=5km/h.. Образец на Џионаварди За пресметка на основниот специфичен отпор на вагони и коли Џионаварди го предлага следниов образец (кај италијански железници): '' w o V 1,8,85 100 3. Обрасци кои се користат за возниот парк во Франција Во Франција се користат следните обрасци за пресметување на основните специфични отпори кај колите во состав на возот: - патнички коли со вртливи платформи (обртни постоља) '' w o V 1,5... (dan/t) 4500 75

- патнички коли со аеродинамичка форма '' w o V 1,5... (dan/t) 6300 - средно натоварени товарни вагони '' w o V,0... (dan/t) 000 - тешки товарни вагони (бруто маса околу 80 t) '' w o V 1,0... (dan/t) 4000 - воз составен од празни коли од сите видови вклучително и отворени вагони '' w o V,5... (dan/t) 1000 В) ОБРАСЦИ ЗА ВКУПНИТЕ ОСНОВНИ СПЕЦИФИЧНИ ОТПОРИ ЗА ЦЕЛ ВОЗ Покрај сумирањето на пресметаните основни специфични отпори за локомотивата и колите поодделно и нивно пондерирање со масата на локомотивата и колите во состав на возот, пресметувањето на вкупните основни специфични отпори за цел воз може да се врши со помош и на обрасци кои се однесуваат за цел воз. 1. Ерфуртски образец w o V,1... (dan/t) 000 V брзина на движење на возот во (km/h) Овој израз се однесува за воз со дизелелектрична локомотива и се применува за приближно одредување на основните специфични отпори на цел воз.. Формула која се применува на швајцарските железници (CFF) Основниот вкупен специфичен отпор се пресметува со следниов образец 76

w o 3 10 Co C1 V C V (dan/t) V брзина на движење на возот во (km/h) Коефициентите C o, C 1, C ги имаат следниве вредности: Табела 4. Вредности на коефициентите за одредување на вкупниот основен специфичен отпор кај швајцарските железници (CFF) C o C 1 C Вид на возило 3500 1500 1500 Извор: R. Rivier, 1997 3. Образец на Џионаварди 6,0 3,0 3,0 0,59 0,3 0,54 Локомотиви Патнички вагони Товарни вагони Џионаварди прелага да се употребува следниов образец за пресметка на основниот специфичен отпор на цел воз w o V, 3 100 Г) ПРОЦЕНТУАЛНО УЧЕСТВО НА ОСНОВНИТЕ ОТПОРИ ПРИ ДВИЖЕЊЕ НА ВОЗ Во долната табела е дадено процентуалното учество на основните отпори, ако вкупните основни отпори се земат за 100%. Табела. Процентуален износ на отпорите во зависност од брзината Специфични основни отпори (%) Брзина на возови (км/час) 0 30 50 70 100 Отпор од триење во лежиштата на осовините 15 14 13 1 10 Отпор од тркалање на тркалото по шините 15 15 13 11 10 Отпор од триење/лизгање на тркалата по 4 4 4 3 шините Отпор од воздух 3 8 14 1 Отпор од слегавање на колосекот 3 31 8 5 0 Отпор од осцилации и криволиниско движење на возот 3 33 34 35 37 ВКУПНО 100 100 100 100 100 Извор: Поповиќ, 004 77

6.3.3 ДОДАТНИ ОТПОРИ Додатните отпори на движење се резултат на карактеристиките на трасата на пругата и истите може да се поделат на - отпори од кривини, - отпори од тунели и - отпори од наклон на нивелета. 6.3.3.1. ДОДАТНИ ОТПОРИ ОД КРИВИНИ Кривините предизвикуваат отпори како резултат на крутата поврзаност на двете тркала на една осовина (осовински слог), на паралелизмот на осовините од едно осовинско обртно постоље (bogie) и на центрифугалната сила која се јавува при поминување на возилата во кривина. При поминување на возилото во кривина осовините завземаат радијална положба поради закривеноста на колосекот (Слика 4). Шините треба да бидат доволно цврсти за да го издржат налетот (под извесен агол) на тркалата и преку гребенот од бандажот на тркалото да го усмерат тркалото постојано во правец на закривеноста на кривинита. Заради солидарноста, двете тркала од една осовина имаат иста аглова брзина и бидејќи се со ист дијаметар би требало тие да поминат еднаков пат. Но, во кривина, надворешните тркала мора да поминат подолг пат. Коничноста на бандажите и разликата во ширината помеѓу колосекот и осовините овозможуваат во одредена мерка да се намали таа разлика во поминатиот пат. Сепак, оваа компензација не е доволна за да се избегне лизгање на тркалата врз шината особено во кривини со мали радиуси. Слика 4. Положба на возило кое поминува во хоризонтална кривина Аголот на налет помеѓу тркалото и шината е поголем кога осовинското растојание е поголемо и со тоа се јавува поголемо триење кое се манифестира со зголемување на отпорот од кривина. Табела 5. Осовинско растојание кај возилата во зависност од ширината на колосекот Нормален колосек Тесен колосек Ширина на колосек ее 1435 мм 1000 мм Осовинско растојание Е 1,75 8,5 м 1,5 5,00 м Извор: R. Rivier, 1997 78

Во кривините се врши денивелирање на двете шини за поништување на дел од центрифугалната сила и на бочното забрзување, а тоа секако влијае на отпорот од кривина. Значи отпорот од кривина (специфичниот) w r зависи од коефициентот на триење помеѓу шината и бандажот од тркалото, од конструктивните карактеристики на возилотот (осовинско растојание), од ширината на колосекот и од радиусот на кривината R. За одредување на овој отпор се користат емпириски обрасци за специфичниот кривински отпор. K Се користат обрасци од тип w r каде К е некоја константа, а R е R радиусот на кривината. Може да ги наведеме следниве обрасци: w r 750 R (dan/t) w r 650 R 55 (dan/t) Кај швајцарските железници се применува образецот: 800 w r R 6.3.3.. ДОДАТНИ ОТПОРИ ОД ТУНЕЛИ Овие отпори зависат од параметри кои се поврзани со тунелот, возот и со брзината на возот. Фактори кои се поврзани со карактеристиките на тунелот се: - S попречен пресек на тунелот, - C периметар на тунелот, - L должина на тунелот, - k коефициент на рапавост на обложниот ѕид на тунелот, - v брзината на воздушни маси (пр. од вентилатори) Помеѓу параметрите кои се поврзани со возот, треба да се наведат: - S челна површина на возот, - C периметар на возот, - L должина на возот, - k коефициент на рапавост на бочните површини на возот, Значи овој отпор може да се изрази како: W tun. = f (S, C, L, k, v, S, C, L, k, V ) 79

За пресметка на овие отпори обично се користат емпириски обрасци добиени од практични и експериментални мерења. Образецот кој се применува на швајцарските железници е во облик: W tun = [G L (f L g L S) + G v (f v g v S)] V каде W tun е вкупен отпор од тунели, а S е напречниот пресек на тунелот во m. Коефициентите f и g се оденсуваат за нормален колосек и според швајцарските стандарди истите ги имаат следниве вредности, а во зависност од видот на железничкото возило: Табела 6. Вредност на коефициентите за додатните отпори од тунели Извор: R. Rivier, 1997 Коефициенти f g Локомотива 0,0013 0,00003 Патнички коли 0,0013 0,00005 Вагони 0,00 0,000043 Овие коефициенти се валидни за напречни пресеци на тунел помали од 50 m и за брзини на движење кои не се поголеми од 140 km/h. За поголеми напречни пресеци од 50 m се смета дека отпорите од тунели не се битни или се занемарливи и не треба истите да се пресметуваат и да влегуваат во сумата на вкупните отпори на движење. За намалување на овие отпори битно е да се има во предвид соодносот помеѓу челната површина на возот и ефективната површина на попречниот пресек на тунелот: Кај едноколосечни пруги тој сооднос е 0,30 до 0,50, но кај двоколосечни пруги истиот изнесува околу 0,15 кое е драстично намалување во однос на едноколосечна пруга. Затоа кај двоколосечни пруги за брзини до 140 km/h овие отпори од тунели не се земаат во пресметките при отпорите на движење. Кај пругите за возови со големи брзини (над 00 km/h) проблем претставуваат притисоците од возушните маси врз површината на тунелската цевка. 6.3.3.. ДОДАТНИ ОТПОРИ ОД НАКЛОНИ НА НИВЕЛЕТА Овие отпори зависат од нивелетското решение на трасата на пругата (дали истата е во нагорници или во падови) и од масата на возот. Кога се движи возилото по нагорница под дејство на влечна сила Z, покрај основните отпори делува и отпор во спротивна насока од движењето. Ако на тој дел од трасата на пругата тежината на возилото G се разложи на своите две компоненти добиваме (Слика 5): 80

T = G sin - компонента од тежината пралелна со железничкиот пат Н = G cos - компонента од тежината нормална на нивелетата на пругата Слика 5. Отпор од наклон Значи отпорот од наклони на нивелата е W i = T = G sin За мали агли (пример за подолжен наклон од 5 одговара = 15 57 ) имаме да sin tg и cos 1, па добиваме: W i = T = G tg Бидејќи наклонот е однос помеѓу висина и должина имаме i=h/l, tg=h/l и ако H=1m L = 1000m, тогаш tg= i/1 = i ( ). Вкупниот отпор од наклон за цел воз е W i = T = G i, каде G е вкупна маса на возот (G = G L + G w ) Сецифичниот отпор од наклон на нивелетата се добива кога вкупниот отпор од наклонот на нивелетата се подели со вкупната маса на возот: w i = G W i = i ( ) (или dan/t) Овој отпор е позитивен на делници од пругата во качување и негативен на делници во падови. 81

6.4 СУМАРНИ ЗАБЕЛЕШКИ ВО ВРСКА СО ОТПОРИТЕ ПРИ ЖЕЛЕЗНИЧКИ ВОЗИЛА Влијанието и големината на секој од отпорите на движење не е константна големина и зависи од многу техничко-концепциски карактеристики на возилата, брзината на движење, од карактеристиките на железничкиот пат, но и од околни временски и просторни фактори. Со испитување на влијанието особено на отпорите од воздух, дојдено е до нова концепција при конструкцијата на возилата (патничките коли) за големи брзини (300 km/h) така да две соседни коли се ослонуваат на едно обртно постоље. На овој начин се редуцира бројот на обртни постоља, а со тоа се намалуваат драстично и отпорите од воздух кои делуваат во пределот на обртните постоља (Слика 6). Слика 6. Концепција на воз за големи брзини на SNCF- Франција (TGV Atlantique) Од основните отпори кај возилата најголема промена во интензитетот има кај отпорите од триење на ракавецот во лежиштето на осовината. Истите се најголеми при покренување на возот од место (уште познати и како почетни отпори) заради големото почетно суво триење во лежиштето и истите не зависат од брзината. Видот и конструкцијата на лежиштата се доста важни за големината на овие отпори. Кај обични лушпести лежишта коефициентот на триење е поголем во споредба со валчестите лежишта. Табела 7. Вредност на специфичниот отпор од триење во лежиштето на осовината ВИД НА ЛЕЖИШТЕ Обични лежишта w tr (dan/t) (N/kN) Валчести лежишта w tr (dan/t) (N/kN) Извор: R. Rivier, 1997 при стоење или слабо придвижување со раскинат уљен филм 0,10-0,5 11,5-8,8 0,05-0,06 5,8-6,9 при движење со реконституиран уљан филм 0,05 5,8 8

Вредностите за специфичниот отпор од триење во лежиштето на осовината во горнава табела се добиени за d = 11,5 cm и D = 100cm. - коефициент на триење помеѓу лежиштето и ракавецот на осовината w tr специфичен основен отпор од триење во лежиштето на осовината d - дијаметар на ракавецот на осовината (лежишниот дел од осовината) D - дијаметар на тркалото Почетните оотпори од триење во лежиштето на осовината зависат и од тоа дали вагоните се товарени или празни, но исто така и од должината на возот и бројот на вагоните во состав на возот. Сепак, најбитен за големината на овој отпор при покренување на возот е осовинскиот притисок. За нивно пресметување би можеле да се применат и следниве обрасци: w tr w tr 14 (dan/t) кај обични лушпести (клинасти) лежишта q 7 8 (dan/t) кај валчести лежишта q 7 q среден осовински притисок во тони 83

7 ВЛЕЧНИ И КОЧНИ СИЛИ 7.1 ВЛЕЧНИ СИЛИ Влечната сила се создава во локомотивата и таа е причината за движење на возовите. Поими кои се однесуваат на влечната сила и кои се користат се (Слика 9): - инидкаторска влечна сила која се ствара во цилиндрите на моторот Z im, - влечна сила Z em која се мери на вратилото на моторот, - влечна сила која се мери на ободот на тркалата од погонските оски Z e, - влечна сила на куката на тегленикот помеѓу локомотивата и првиот вагон во возот Z t. Кај електричните локомотиви наместо индикаторска влечна сила воведен е поимот за електромеханичка сила Z m која е силата на вратилото од електромоторот. Аналогно на влечната сила воведени се и истите поими за влечната снага на локомотивата. Корисното дејство на влечната сила се постигнува со помош на триење кое се јавува помеѓу тркалата на локомотивата и шината. На моторната оска на локомотивата се пренесува обртен момент кој може да се разложи на спрег од сили Z од кои едната делува во осовината на тркалото О, а другата во доприната точка С помеѓу тркалото и шината (Слика 7). Во точката С се јавува реактивна сила Т која е резултат на триењето помеѓу тркалото на локомотивата и шината. T = f P каде: - f е коефициент на триење меѓу тркалото и шината - P е осовински притисок од локомотивата по тркало Слика 7. Случај кога тркалото се придвижува транслаторно по шината 84

Реактивната сила Т е со спротивен смер од силата Z и можно е да се јават два случаи според тоа каков е соодносот на големината на овие две сили: 1. ако Z T тогаш силата Z која делува во точката С е поништена со отпорот од триење Т и останува силата Z која делува во точката О и истата го врти тркалото околу точката С. На овој начин ова вртење се претвара во транслаторно придвижување на осовината на локомотивата.. ако Z > T тогаш резултантната сила во точката С e еднаква на (Z-T). Ако оваа сила се пренесе во центарот О се добива спрег на сили со момент (Z-T) 0,5D кој го врти тркалото во место околу осовината и тркалото се лизга (шлајфува) по шината (Слика 8). Со лизгањето на тркалото по шината се намалува коефициентот на триење, а со тоа се намалува осетно и влечната сила. Слика 8. Случај кога тркалото се лизга по шината За да се одстрани лизгањето и да се добие поголема влечна сила на ободот на погонското тркало потребно е да се исполни условот Z T = f P. Бидејќи локомотивата има повеќе погонски осовини (Слика 9), најголемата влечна сила која може да се пренесе на погонските тркала е: Z e = ΣT = f ΣP во тони (t) Односно: Z e = Z a = f L a Z a е атхезиона влечна сила на локомотивата L a е атхезиона маса на локомотивата 85

Слика 9. Влечни сили кај дизел локомотива Значи за да има транслаторно придвижување на локомотивата потребно е стално да биде исполнет условот Z e f L a дури и во исклучителни услови односно тогаш кога левата страна од оваа равенка достигнува максимална вредност, а десната страна минимална вредност: max Z e = Z e (средно) е коефициент на нерамномерност на влечната сила. min L a = L a е коефициент на растоварување на тркалото при движење на локомотивата. Со замена на претходните изрази добиваме: Z e (средно) = L a f Z e (sredno) L a δ γ f f a Z e = Z a = f a L a Коефициентот f a се нарекува коефициент на атхезија 3. Неговата вредност варира во широки граници од 0,30 0,40 t/t кај поволни услови на движење 3 Всушност изразите коефициент на атхезија и атхезиона влечна сила се погрешни. При изучувањето на феномените се мислело најпрвин дека има привлечност помеѓу тркалата и шините, односно атхезија. Подоцна се констатирало дека се работи само за триење и би требало да се зборува за коефициент на триење и за сила на триење, но установени се првите изрази и истите се применуваат и денес. 86

(чисти и суви шини посипани со кварцен песок), до 0,10 0,15 t/t кај неповолни услови (влажни и нечисти шини). Точното одредување на овој коефициент не е возможно и истиот се одредува со опити (се мари со динамометар најголемата влечна сила која ја има локомотивата без пролизгување на тркалата по шината и коефициентот на атхезија се добива како сооднос помеѓу таа сила и атхезионата маса на локомотивата). За пресметување на коефициентот на атхезија кај електрични и дизел локомотиви се користат обрсаците на Котер и на Кортиус-Книфлер: f a f a 9000 116 V 4 (dan/t) образец на Котер 7500 161 V 44 (dan/t) образец на Кортиус-Книфлер Овие обрасци даваат вредности кои се однесуваат за поволни услови на триење. За неповолни услови треба вредностите добиени со овие изрази да се намалат за 30%. 7.1.1 ОДРЕДУВАЊЕ НА ВЛЕЧНИТЕ СИЛИ КАЈ ЕЛЕКТРИЧНАТА ЛОКОМОТИВА А) Влечни сили кај локомотиви од едносмерниот систем Влечната сила кај електричните локомотиви зависи од карактеристиките на електромоторот, од бројот на електромоторите и од атхезионата влечна сила (односно атхезионата маса на локомотивата). Овие податоци ги дава производителот на ваков тип на локомотиви, најчесто во форма на дијаграми (Слика 10). Од тие дијаграми е видлива зависноста помеѓу јачината на струјата Ј во ампери (Слика 10) со брзината V во km/h, влечната сила на моторната оска Z m и степенот на корисно дејство на електромоторот е. Од дијаграмот (атестот) се гледа дека влечната сила Z m е речиси линеарно зависна од јачината на струјата Ј (за секој напон на струјата одговара една крива на влечната сила). Линиите на брзината се криви од кои се гледа дека при иста јачина на струјата и повисок напон се добива поголема брзина. При ист напон и поголема јачина на струјата брзината опаѓа. Овие особини на електромоторот се користат за регулирање на брзината на движење. 87

Коефициентот на корисно дејство е е од 0,90 до 0,95 кај овие електролокомотиви. Слика 10. Атест за електрична локомотива - Одредување на моторната влечна сила и ефективната влечна сила Вкупната индицирана снага на електролокомотивата е: N mv = K N m К број на електромотори N m - снага на едне електромотор во kw Познавајќи ја зависноста меѓу јачината на струјата и бројот на обрти на електролокомотивната оска (промена на брзината изразена преку линиите на брзината) снагата на еден мотор може да се најде по образецот: N E J 1000 m e (kw) Во тој случај снагата на електролокомитвата со К мотори е: 88

N K E J 1000 mv e (kw) Е напон на струјата во волти, Ј јачина на струјата во ампери, К број на електромотори е - коефициентот на корисно дејство на електромоторот кој зависи од јачината на струјата (0,90 до 0,95) Од друга страна може да се изрази снагата на електролокомотивата во функција од брзината и влечната сила (моторната влечна сила Z mv ) на електромоторната оска со : N mv Zmv V 0,7351 70 Z mv 367 V (kw) овде 0,7351 е еквивалентот за замена на коњски сили КЅ во киловат kw (1 KS = 0,7351 kw). Влечната сила на осовината на електромоторот (индицираната моторна влечна сила без губитоци во погонскиот механизам) ќе се добие од горниве две релации за снагата на електролокомотивата, односно: N mv K J E 1000 e Z mv 367 V Z mv K J E 0,367 e V (kg) (dan) Ефективната влечна сила на ободот на тркалата е нешто помала од моторната: Z e = Z mv m (kg) (dan) m коефициент на корисно дејство на погонскиот преносен механизам. Кај трамвајски пренос со запченици m = 0,975 (се губи само,5% од индицираната моторна сила). Ефективната влечна сила може да се пресмета и преку обртниот момент М на оската на електромоторот и бројот на обрти во минута на моторната оска n o (големината на М и n o зависат од јачината на струјата Ј). Образецот за ефективната влечна сила добива форма: Z e = Z mv m = U K M η D m (kg) (dan) 89

U сооднос помеѓу преносот на запчениците, (сооднос помеѓу бројот на запците на поголемиот и помалиот запченик: U = 73/4 кај електрични локомотиви од нашата железница) К број на електромотори М обртен момент на оската на електромоторот D пречник на моторните тркала на локомотивата m коефициент на корисно дејство на погонскиот механизам Обртниот момент М може да се одреди и од следниов образец: 974 Nm M no n o - бројот на обрти во минута на моторната оска N m - снагата на електромоторот - Одредување на атхезионата влечна сила Речиси сите електрични локомотива се конструирани така да сите носиви оски на локомотивата се и погонски. Атхезионата влечна сила е: Z a = L a f a - L a атхезиона маса на локомотивата (најчесто L a = G L, каде G L е вкупна маса на локомотивата), - f a коефициент на атхезија. - Ограничување на влечната сила заради загревање на електромоторите Загревањето на електричните мотори зависи од јачината на струјата и времето на работа на моторот, односно колку е јачината на струјата поголема или колку подолго работи моторот температурата на моторот се зголемува и доаѓа до негово загревање. Температурата на моторот не смее да надмине извисни вредности (t max =110C) за да не доведе до штетни последици по моторот. Јачината на струјата при која моторот може да работи неограничено време, а сепак температурата да не ја надмине дозволената граница, се вика трајно оптоварување на моторот. Колку е моторот пократко време во работа, толку ќе може повеќе да поднесе повисоко електрично оптоварување, без да се загрее до максимално дозволената температура. Таа особина на електричните мотори е поволно искористена кај електричната локомотива, затоа што покрај трајното оптоварување од посебен интерес е едно часовото (Слика 11) и моменталното (почетното) оптоварување. Овие карактеристики на електролокомотивите имаат влијание врз оптималниот избор на бројот и распоредот на станиците (во зависност од времето на патување). 90

- Дијаграм на влечни сили Дијаграмот на влечните сили се добива кога влечните сили се претстават графички и тоа на апсцисната оска се нанесуваат брзините во km/h, а на ординатата силите во kn (kg, t, dan) (Слика 11 и 1). Земајќи ја функционалната зависност на влечната сила од брзината Z mv K J E 0,367 e V (kg) (dan) добиваме вредности за влечната сила кои зависат од брзината за даден напон и јачина на струјата. За три споја на моторот (паралелен, серископаралелен и сериски) добиваме три криви на моторната влечна сила Z mv. Слика 11. Карактеристични криви (дијаграм на влечни сили) кај електрична локомотива 91

Слика 1. Дијаграм на влечни сили (влечен пасош) на електрична локомотива Е 36 - Влечни сили и дијаграми на влечни сили кај електричните локомотиви од монофазен систем Овие локомотиви се снабдуваат со струја од контактен вод со напон од 5 kv (5000 V) и фреквенција од 50 Hz. Потоа преку трансформатори напонот се смалува на најповолниот за електричните мотори (пр.: 1500 V) и преку исправувачи се претвара во едносмерна. Брзината на локомотивата се регулира со промена на напонот на струјата во електричниот мотор со шентирање (паралелно врзување на еден отпорник со намотките на статорот). Влечната сила се пресметува по истите претходни обрасци, односно ефективната влечна сила е: Z e = Z mv m = U K M η D m (kg) (dan) U сооднос помеѓу бројот на запците на поголемиот и помалиот запченик 9

К број на електромотори М обртен момент на оската на електромоторот D пречник на моторните тркала на локомотивата m коефициент на корисно дејство на погонскиот механизам Но, во оваа равенка нема директна зависност на ефективната влечна сила со брзината на движење која е неопходна за конструкција на влечниот пасош на локомотивата: Затоа, во пракса обично ги користиме дадените вредности од конструктерот на локомотиви (Alstom, Siemens, Bombardier, ) или ги користиме практичните вредностите на обртниот момент на електромоторот во зависност од брзината и потиоа ги пресметуваме влечните сили. Атхезионата влечна сила се пресметува со претходно прикажаниот образец за атхезиона влечна сила: - L a атхезиона маса на локомотивата - f a коефициент на атхезија. Z a = L a f a 7.1. ОДРЕДУВАЊЕ НА ВЛЕЧНИТЕ СИЛИ КАЈ ДИЗЕЛ ЛОКОМОТИВА Влечната сила кај овој вид на локомотиви зависи од снагата на дизел моторот, од видот на преносникот и од атхезионите карактеристики на локомотивата. Спрема видот на преносникот на снагата од моторот до погонските оски разликуваме дизел механички локомотиви, дизел електрични и дизел хидраулични локомотиви. Моторната влечна сила се одредува како сооднос помеѓу снагата на моторот и брзината, односно 367 Nm Zm (kg) (dan) V Z m моторна влечна сила N m снага на дизел моторот (kw) V брзина на движење на локомотивата (km/h) Ефективната влечна сила која се пренесува на ободот на моторните тркала на локомотивата е помала од моторната влечна сила за толку колку што изнесуваат загубите на дел од снагата на моторот за споредни потреби (кочници, вентилација, осветлување, затоплување) како и за загубите во 93

преносот на силата (запченички пренос, електричен и хидрауличен преносник). Според тоа ефективната влечна сила на ободот на тркалата е: Z e 367 Nm β ηp (kg) (dan) V - коефицент со кој се зема во предвид загубата на снагата на дизел моторот за работа на помошните уреди и се движи од 0,90 до 0,95 p - коефициент на корисна работа на преносникот на влечната сила на ободот на тркалата кој е во функција од брзината ( p = f(v)). Вредноста на овој коефициент се движи од 0,85 до 0,90. N m снага на дизел моторот на локомотивата V брзина на локомотивата. Ако ја знаеме карактеристиката на моторот изразена преку број на обрти на оската на дизел моторот n о (во минути), може брзината да се најде и по следниов образец: V o 60 (km/h) π D n 1000 D пречник на моторното тркало на локомотивата (m). n o - број на обрти на оската на дизел моторот Овој израз за брзината ни дава можност да ја изразиме снагата на дизел моторот во функција од брзината, затоа што снагата на дизел моторот најчесто е изразена во функција од бројот на обрти на дизел моторот. Атхезионата влечна сила се пресметува по општиот образец кој го применивме и кај електричните мотори, односно: - L a атхезиона маса на локомотивата - f a коефициент на атхезија. Z a = L a f a 7.1.3 ВЛЕЧНИ СИЛИ КАЈ ТЕГЛЕНИКОТ И КВАЧИЛАТА Влечната сила од локомотивата преку тегленик и квачила се предава на првото возило веднаш зад локомотивата и по истиот систем до последното возило во состав на возот. Значи, покрај конструктивните карактеристики на локомотивата за големината на влечната сила, битни се и конструктивните специфики на квачилата и теглениците. Од нив зависи кој дел од влечната сила на локомотивата ќе се исползува за влечење на возот. 94

Во случај да имаме локомотива со голема снага која продуцира огромни влечни сили, тогаш треба да имаме и квачила кои истите би можеле да ги пренесат на возилата од возот. Влечната сила на квачилото се нарекува уште гранична влечна сила затоа што истата се јавува како ограничувачки фактор на влечната сила на локомотивата. Дозволената влечна сила за квачилата кај понов вид на коли и вагони изнесува 1000 dan (постојат квачила и тегленици во светот и со дозволени влечни сили од 30000 до 40000 dan). Кај постар вид на коли таа се движи од 1500 до 16000 dan. Овие карактеристики на квачилата се битни при одредување на максималната маса на возовите која може да се влече на отсеци од пругата со различни геометриски карактеристики на трасата. Табела 8. Маса на возот на разни наклони на нивелетата во функција од влечната сила на квачилата Подолжен наклон на пругата i ( ) Маса на воз (без локомотива) G W при угорници на трасата (t) Маса на воз (без локомотива) G W при падови на трасата (t) 8 000 t 000 t 9 1 930 t 1 760 t 1 1 580 t 1 760 t 16 1 60 t 1 730 t 0 1 040 t 1 700 t 6 80 t 1 530 t 30 70 t 1 450 t Извор: М. Исаевски, 1984 При одредување на масата на возот (без локомотивата) на даден критичен отсек од трасата на пругата (отсек со екстрмни карактеристики) треба да се проверува силата на квачилото. Ако на пример воз со маса на вагоните G W се движи по угорница со наклон i ( ) тогаш силата со која квачилото е оптоварено при спојот со локомотивата е: F = G W w о + G W i = G W (w о + i) w о е вкупен основен специфичен отпор на колите во состав на возот (според образецот на Штрал '' w o V,0 m (dan/t)) 10 Ако е силата F помала од дозволената гранична влечна сила на квачилата (16000 dan за зајакнати квачила и 1000 dan кај понов тип на вагони) тогаш нема проблеми со влечење на возот. Но, ако силата F е поголема од таа гранична сила тогаш тој воз не ќе може да биде влечен на таа нагорница и ќе треба уште една локомотива која ќе го потиснува (бутка) возот. При потешки возови кога се надмине дозволената сила за влеча на квачилата 95

треба да се приклучи и втора локомотива која се нарекува потисна локомотива. ПРИМЕР: На отсек од пруга со наклон во угорница од 16 се движи воз влечен од локомотива DEL 661 (дизел електрична) со критична брзина 4 V kr = 17,1 km/h. Атхезионата маса на локомотивата е L a = 108 t, влечната сила при критична брзина од V kr =17,1 km/h е Z a = 400 dan и основниот вкупен отпор при таа брзина е W o = 65 dan. Вкупниот отпор на локомотивата W при движење на нагорница се состои од основните отпори на локомотивата и од додатниот отпор од наклон на нивелета, односно: W = W o + L a i = 65 + 108 16 = 1993 dan Значи преостанува чиста влечна сила за влеча на возот од: Z = Z a - W = 400 1993 = 0407 dan Ако вагоните во состав на возот се со стар тип на квачила, односно со зајакнати квачила, тогаш дозволената влечна сила на квачилата е 16000 dan. Според тоа вишокот на влечна сила Z = 0407 16000 = 4407 dan ќе биде неискористена влечна сила. Масата на возот ќе се одреди и лимитира во зависност од квалитетот на квачилата, односно спрема 16000 dan (толку колку што можат да издржат квачилата). Во овој случај локомотивата располага со 0407 dan влечна сила, но истата нема да биде комплетно искористена. Ако во составот на возот се поврзат само вагони со понов тип на квачила чија дозволена влечна сила е 1000 dan тогаш ќе може да се искористи во потполност влечната сила на локомотивата и според неа ќе се одредува масата на возот. 4 Критична брзина е најголемата брзина која се добива со максимално искористување на атхезионата влечна сила, односно во влечниот пасош на локомотивата таа е брзината која се наоѓа во пресекот на атхезионата и ефективната влечна сила. 96

7. КОЧНИ СИЛИ 7..1 ВОЗЕЊЕ НА УДОЛНИЦА (ПАД) И ПАД НА КОЧЕЊЕ Вкупниот отпор на движење, кога возот поминува по делници со пад на нивелетата, се состои од сумата на основните W o и кривинските отпори W r (ако пругата не е во тунел) намалена за силата предизвикана од сопственото забрзување на возот на надолница, односно од негативниот наклон на нивелетата. Математичкиот израз е: W = W o + W r i G (dan) G маса на цел воз (G = G L + G W ) во тони, i подолжен наклон на нивелетата (делница во пад на нивелетата) во Ако вкупниот отпор на движење на воз во вакви услови се изрази преку специфичен отпор на движење (за воз со маса од G = 1 тон) добиваме: w = W G wo + w r i (dan/t) Според горниов образец за вкупниот специфичен отпор на движење може да настане случај кога w =0. Тоа би се случило кога негативниот наклон на наивелетата ги поништува основните и додатните отпори од кривина. Негативниот наклон на нивелетата при кој возот кога се движење не наидува на отпори се нарекува пад на кочење и се пресметува како: i = w o + w r (dan/t) или ( ) w o специфичен основен отпор за цел воз (dan/t) w r специфичен отпор од кривини (dan/t) Возможни се два случаи: - кога основните отпори и додатниот кривински отпор се поголеми од падот на кочење, - кога падот на кочење е поголем од основните и кривинските отпори Во првиот случај локомотивата користи дел од снагата на моторите за стварање на влечна сила за влечење на возот, а во вториот случај при возење на пад поголем од падот на кочење возот добива забрзување и без работа на локомотивата. При вакво возење на подолги растојанија може да се добијат големи забрзувања и да се постигнат големи брзини. Затоа при возење на пад поголем од падот на кочење се исклучуваат моторите од локомотивата и најчесто потребно е да се активираат и кочниците за кочење на возот. Всушност, кочењето е зголемување на отпорите за да се одржува рамномерно движење со дозволена брзина. 97

Ако во образецот за одредување на падот на кочење ги воведеме тежините на локомотивата и на вагоните во состав на возот, би добиле: G w w o + G L w o + (G w + G L ) (w r - i) = 0 G w маса на вагоните во состав на возот во (t) G L вкупна маса на локомотивата во (t) w o основен специфичен отпор на вагоните (колите) при брзина која одговара на падот на кочење во (dan/t) или ( ) w o основен специфичен отпор на локомотивата при брзина на падот на кочење (односно при празен ход на моторите) во (dan/t) или ( ) w r специфичен кривински отпор во (dan/t) или ( ) Од горната равенка добиваме за падот на кочење: i = G w w G '' o w G G L L w ' o w r во (dan/t) или ( ) 7.. АКТИВИРАЊЕ НА КОЧНИЦИТЕ ЗА СОЗДАВАЊЕ НА КОЧНИ СИЛИ Кога возот се движи по падови на нивелатата поголеми од падот на кочење треба да се активираат кочниците за да се одржи рамномерно движење на возот со дозволена брзина која гарантира сигурност на движењето. Кочење се врши и кога треба да се сопре возот на одредено место или во случај на опасност. Кочењето се врши преку кочниот систем и активирање на кочни сили. Најмногу применуван начин е со притисок на кочните педали на бандажите на тркалата, односно примена на механички кочници. Кај електролокомотивите може да се користат моторите и за кочење. При тоа на вратилото од моторот се јавува обртен момент обратен од смерот на вртење на тркалата и моторот се претвара во генератор кој произведува електрична енергија. Оваа електрична енергија може да се прифати во контактната мрежа (тогаш станува збор за кочење со рекуперација, со повраток) или може да се губи преку реостати (отпорници). Кочењето со повраток на електрична енергија е најекономично кога имаме долги делници од пругата во пад на кои треба подолго да се кочи. Во тој случај кинетичката енергија се претвара во електрична и се враќа во мрежата со што се намалува потрошувачката на електрична енергија за влеча на возовите. И покрај можноста за овој начин на кочење, електричните локомотиви се снабдени со кочни педали и кочници на механички погон. 98

7..3 ПРЕСМЕТКА НА КОЧНАТА СИЛА НА ВОЗОТ Кај рачните и механички кочници основни уреди за кочење се кочните педали (папучи) кои со активирање на кочниот систем го притискаат венецот на тркалото создавајќи отпор (сила на отпор од триење) кој го спречува движењето. За поедноставно разгледување се лимитираме само на едно педало (Слика 13). Практично на другата страна на тркалото имаме друга педала (лева) на која се јавува иста сила на триење U но свртена надоле и исто така спротивна на смерот на вртење на тркалото. Слика 13. Сила на кочење Притисокот од силата К врз кочното педало на тркалото предизвикува сила на триење на допирната површина помеѓу педалата и тркалото U = K f k f k коефициент на триење помеѓу кочната педала и тркалото. Вредноста на овој коефициент на триење f k зависи од видот на материјалот, брзината на движење, временските услови и состојбата на површините кои се тријат. За лоши временски услови може да се примени следниов образец на Ломоносов: f k = 0,0 0,0015 V каде V е брзина на движење за добри временски услови се применува изразот: f k = 0,7 0,00 V каде V е брзина на движење Оваа сила на триење (предизвикана од притисок на кочната педала врз тркалото) предизвикува појава на момент на кочење М К кој може да се разложи на спрег на две сили B со крак D/. 99

Секоја од овие две сили е еднаква на B = K f k. Кога се движи тркалото во рамнината на шината од триењето кое се ствара меѓу бандажот на тркалото и шината, се јавува и сила во спротивна насока, односно силата B = P f a. P осовински притисок по тркало f a коефициент на триење помеѓу шината и тркалото (коефицент на атхезија) Ако соодносот помеѓу силите е таков да B>B, односно K f k > P f a доаѓа до блокирање на тркалото и настанува лизгање на тркалото по шината. При тоа нагло се намалува силата P f a до некоја големина P f ab каде f ab е коефициент на триење на блокорано тркало (f ab < f a ) Тркалото би се движело (тркалало) по шината кога силата на притисок на кочната педала е помала, односно кога B<B или K f k < P f a. Кога B=B тогаш останува само силата B која делува во средината на тркалото и во спротивна насока од движењето на возот. Силата на кочење при тркалање на тркалото е поголема од силата на кочење при лизгање на тркалото по шината затоа што f a > f ab. Услов за да се добие најголема сила на кочење е кога е исполнет условот: K f k P f a Вкупниот отпор од кочење на возот е: B K = 1000 K f k (dan) K е сума на притисокот на сите кочни педали Специфичниот отпор на кочење на возот се добива со делење на погорната равенка со масата на возот G (G = G L + G W ), односно: b k Bk K 1000 fk (dan/t) или bk 1000 fk υ (dan/t) G G изразот K υ се нарекува коефицент на кочење на возот. G Видовме дека граничен услов за да имаме кочење (да не се лизга тркалото по шината) е кога K f k P f a односно fa K P или f k K max f P f a k 100

K е сила на притисок врз кочната педала (односно врз двете кочни педали) f k коефициент на триење помеѓу кочната педала и тркалото P притисок на тркалото врз шината (половина осовинско оптоварување) f a коефициент на атхезија помеѓу тркалото и шината K max fa Соодносот к се нарекува степен на кочење кој покажува со кој P fk дел од масата што доаѓа на едно тркало можат кочните педала да притискаат врз венецот од тркалото. Ориентационо (средно) може да се смета дека к = 0,50 за локомотива, к = 0,60 до 0,70 за товарен вагон и к = 0,70 до 0,90 за патнички коли. Сега може да се напише изразот за максималната сила на притисок на кочниците К max во функција од степенот на кочење, односно: K max = P к Пример: ако имаме 4 осовински вагон кој празен тежи 0 тони (или 0:4=5 тони по осовина) може да се допушти сила на притисок врз кочните педала од една оска K = P к = 5 0,70 = 3,5 тони по оска или 1,75 тони по тркало. Ако во погорната равенка за вкупниот отпор од кочење на цел воз ја замениме максималната вредност на силите на кочење добиваме: B k = 1000 f k к P (dan) или B k P 1000 fk δk G (dan) G P p Соодносот = = 0,01 p претставаува однос помеѓу тежината на G 100 возот со која се кочи (тежина која учествува во кочењето) и вкупната тежина на возот (локомотива и вагони) p се нарекува процент на кочење. Ако замениме во изразот за вкупниот отпор од кочната сила за цел воз имаме: B k = 1000 f k к 0,01 p G = 10 f k к p G (dan) 101

f k коефициент на триење помеѓу кочната педала и тркалото, к - степен на кочење кој покажува со кој дел од тежината на возилото која доаѓа на едно тркало можат кочните педала да притискаат врз венецот од тркалото, p - процент на кочење претставаува однос помеѓу тежината на возот со која се кочи (тежина која учествува во кочењето) и вкупната тежина на возот. G вкупна маса на возот Специфичната кочна сила за цел воз ќе биде: b k = G B k = 10 f k к p (dan/t) Да напоменеме дека за коефициент на триење помеѓу кочната педала и тркалото f k се применува и следнава равенка: f k 16 K 100 V 100 0,6 80 K 100 5 V 100 K е сила на притисок врз кочната педала (t), V брзина на движење (km/h) 7..4 ОДРЕДУВАЊЕ НА СОПИРЕН ПАТ И ПАТ НА КОЧЕЊЕ Експлоатацијата на железницата подлежи на голем број на прописи кои се однесуваат на безбедноста на сообраќајот. Од безбедносни причини пропишана е и должината на патот на која воз кој се кочи треба да застане. Оваа должина е наречена сопирен пат и според прописите нејзината вредност е дефинирана за застанување пред сигналот со кој се регулира сообраќајот. За пруги од прв и втор ред сопирниот пат изнесува 700 до 1000 метри (кај понови патнички возови до 1400 метри, а кај брзи патнички возови до 400 метри). За споредни пруги и пруги со тесен колосек таа должина е 400 метри. Должината на сопирниот пат S може да се разгледува како сумарна должина сочинета од две компоненти: S = S pr + S k (m) S pr - е должина на патот помината за време на приправност на кочење, од повлекување на рачката на кочницата до моментот на активирање на кочниците, 10

S k - е должина на поминатиот пат за време на кочењето со притиснати кочни педали сé до застанување на возот (вистинска должина на патот за кочење). - Одредување на должината на приправниот пат на кочење Должината на овој приправен пат за кочење може да се најде со изразот: S pr = t pr V/3,6 = 0,78 t pr V (m) V брзина на движење на возот во почетокот на кочење (km/h) t pr е време на приправност поминато од повлекување на рачката за кочење до активирање на кочниците во sec. Времето на приправност t pr зависи од видот на кочниците, видот на возот, должината на возот, брзината на движење на почетокот од кочењето, наклоните на пругата. При автоматски кочници може да се земе дека t pr е 4 sec за патнички возови и 1 sec за товарни возови. Според тоа поминатиот приправен пат за кочење би бил: S pr = 1,1 V (m) за патнички возови S pr = 3,3 V (m) за товарни возови Попрецизно одредување на времето за приправност t pr е возможно преку следниве обрасци: 10 i t pr 7 bk (sec) за товарни возови со автоматски воздушни кочници 5i t pr 4 bk (sec) за патнички возови со автоматски воздушни кочници i - е наклон на пругата во b k - е специфична кочна сила во (dan/t) - Одредување на должината на патот на кочење За да се одреди должината на патот за кочење S k се користи основната поедноставена диференцијална равенка за движење на возот S = V sr t (km) 103

S е прираст на поминат пат во временски интервал t со средна брзина V sr : V sr = (V V 1 )/ Од равенката за еднаквост на работата на отпорите и силите на кочењето со работата на живата сила на возот (забрзувањето или успорувањето, односно промената на брзината за дадено време) добиваме: S k o 1 4,17 V w b k V i n n V 1 - е брзина на возот во почетокот на кочењето (km/h) V n - е брзина на возот на крајот од кочењето (km/h) w o - е среден основен специфичен отпор на цел воз за средна брзина помеѓу V 1 и V n (dan/t) b k - е специфична кочна сила на возот за средната брзина (dan/t) i n - е подолжен наколон на пругата (на нагорница е + на падови е -) кој се зема како фиктивен наклон (ги зема во предвид и кривинските отпори кои се корисни за кочењето, го зголемуваат отпорот) i n = i + w r (dan/t) ( ). i проектиран геометриски наклон на пругата ( ) w r специфичен кривински отпор (dan/t) Во случаи кога имаме мали падови на брзината (лесно кочење) патот на кочење може да се пресмета по погорниот образец користејќи основни специфични отпори и специфични кочни сили за средна брзина V sr =(V 1 + V n )/. Сепак, при патувањето на возот брзината може да опаѓа во широки граници со што се менуваат и отпорите (специфичните и отпорите од кочење). Во такви случаи за попрецизно одредување на кочниот пат се пресметуваат отпори за мали интервали на промени на брзината (за 10 до 5 km/h) почнувајќи од брзината во почетoкот на кочењето V 1 па до крајната брзина на крајот од кочењето V n. Во таков случај пресметката по горниот образец за сопирен пат се однесува на парцијални отсеци на патот на кочење за интервали на намалување на брзината од 5 до 10 km/h (а не за вкупниот пат на кочење). Значи: o 1 k 4,17 V V Sk (m) w b i n 104

S k парцијален пат на кочење за време на опаѓање на брзината од V 1 на V, односно за средна брзина V sr = (V 1 V )/ (интервал на брзината V 1 V се зема обично 10 km/h). Парцијалното време потребно за изминување на патот на кочење S k ќе биде: 0,06 Sk t k (min) V sr каде S k е во m а брзината V sr во km/h. Вкупниот пат на кочење за пад на брзината од V 1 до некоја брзина V n (ако застане возот V n = 0 km/h) е сума од овие парцијални должини од патот на кочење, односно V n S k = S V 1 k Вкупното време на кочење е исто така сума од парцијалните времиња на кочење t k. V n t k = t V 1 k Пресметките на патот на кочење се вршат најчесто табеларно пресметувајќи ги вредностите во функција од промените на брзината. 105

8 ПРАКТИЧНА ПРИМЕНА НА ТЕОРИИТЕ ОД ВОЗНА ДИНАМИКА НА ЖЕЛЕЗНИЧКИ ВОЗИЛА ВО ПЛАНИРАЊЕТО НА ЖЕЛЕЗНИЧКИОТ СООБРАЌАЈ И ПРОЕКТИРАЊЕТО НА ЖЕЛЕЗНИЧКИОТ ПАТ Познавањата на динамичките феномени при движење на железнички возила може да се применат во планирање и проектирање на железници. Покрај карактеристиките на возилата и нивните динамички својства, еднакво битно за експлоатацијата и планирањето на овој вид на сообраќај е да се одреди големината на предвидениот транспорт. 8.1 ОДРЕДУВАЊЕ НА ГОЛЕМИНАТА НА СООБРАЌАЈОТ Познавањето на обемот на превоз е клучен фактор кој влијае врз изборот на влеча и составот на возовите, но исто така и фактор кој влијае врз одлуките за изградба, за техничките и организациско експлоатационите карактеристики на пругата, како и за финансискиот (комерцијалниот) ефект на компанијата која го експлоатира овој транспорт. Одредувањето на големината на сообраќајот за некој проектен иден период во кој би требало финансиски да се добијат позитивни економски ефекти од експлоатацијата на железничкиот транспорт е плуридисциплинарен предмет на изучување. Методите за прогноза на потребите од сообраќај почнуваат да се развиваат во почетокот на 50-те години во САД и од тогаш еволуираат со голем интензитет. Начините за одредување на перспективниот сообраќај за превоз на патници се разликуваат од методите за прогноза на транспортот на добра. Потребно е да се направат обсежни студии кои се базираат на социо-економски и демографски специфики на популацијата и ресурсите во даден географски регион. Планирањето се одвива во етапи кои се одвиваат од стратегиски планирања до избор на проект за финансирање. Во понатамошната разработка на избор на влеча и маса на возови, ќе се задржиме на товарниот сообраќај, односно на возови за транспорт на добра. Со планирањето на сообраќајот обично се утврдува стоковиот сообраќај по сообраќајна насока (главна сообраќајна насока е онаа во која е поголем интензитетот на сообраќај и споредна сообраќајна насока е таа во која сообраќајот е со помал интензитет). Односот помеѓу големината на сообраќајот во споредна и главна насока е T T sp gl Со помош на овој коефициент може да се изведат понатаму обрасци кои се однесуваат на главната сообраќајна насока. Еден од начините за одредување на перспективниот годишен нето сообраќај T после n години 106

(0 до 5) е преку стапката на годишен прираст на обемот на сообраќај s, или : gl s T T0 1 100 gl T 0 е нето годишниот сообраќај во главна сообраќајна насока во т.н. базна година T е перспективниот нето годишниот сообраќај во главна сообраќајна насока во дадена година n За одредување на карактеристиките и потребата од влеча (локомотива) потребно е нето товарот да се претвори во бруто товар, односно во маса на товарени композиции. Вкупната маса на вагонот q е сума од нето масата на товарот во вагонот p и од сопствената маса на вагонот t (тара). n Соодносот p t q = p + t (средна маса на тарата спрема средната маса на товарот) ја дава масата на тарата која отпаѓа на 1 нето тон од товарот. Овој сооднос го покажува начинот на искористување на товарната маса на вагонот која зависи од материјалот и конструкцијата на колите, од видот на товарот и од утоварно истоварните капацитети на станиците. За одредување на бруто товарот треба да се земат во предвид и одреден број на празни вагони во составот на возовите кои не превезуваат товар, но се приклучуваат кон возовите заради организациско-експлоатациони причини. Нивниот број се зема во пресметките преку процентот на празни коли како дел од масата на тарата, односно α = 0,05 0,10. Во бруто товарот треба да се предвиди и сообраќајот за интерните потреби на железницата (превоз на материјали, гориво, ). Овој сообраќај се зема како процент од потребниот планиран обем на нето годишниот сообраќај. Кај дизел и електрична локомотива тој е од 7% до 10 % од нето годишниот сообраќај. Конечниот облик на обрасците за среден годишен бруто сообраќај во главната и споредната сообраќајна насока се: N g = 1,10 T (1 + p t N s = 1,10 T ( + p t + p t ).(бруто тони/год.) + p t ).(бруто тони/год.) 107

За да се добие маса на возот во даден период потребно е да се пресмета максималниот дневен бруто сообраќај кој треба да се транспортира со железница. Познавајќи го средниот годишен бруто сообраќај може да се добие средниот дневен бруто товар за транспорт кога се подели годишниот обем за превоз со бројот на денови во годината. Сепак, за да се земе во предвид максималниот бруто дневен сообраќај треба да се пондерира средниот бруто товар на ден со коефициент на дневна нерамномерност на сообраќајот = 1,10 до 1,30. Всушност со овој коефициент се зема во предвид дневанат нерамномерност на потребите од сообраќај како резултат на сезонски или екстра потреби од транспорт. Максималниот дневен бруто сообраќај со кој ќе ја одредиме и масата на возовите е: D D g s N g β 365 N s β 365 во главна сообраќајна насока во споредна сообраќајна насока Забелешка: Одредувањето на коефициентите во погорните обрасци е извршено врз база на емпириски податоци кои се резултат на набљудувања на подолг временски период. Поедноставените обрасци и пресметки не можат да ја отсликаат комплексноста на анализите за одредување на перспективниот сообраќај, особено не во услови на пазарна економија и конкуренција. 8. ОДРЕДУВАЊЕ НА МАСА НА ВОЗОТ Масата на товарниот воз кој треба да транспортира одреден волумен на продукти зависи од големината, односно од потребите за тој сообраќај, но и од пропусната можност на пругата. Пропусната моќ на пругата е во функција од железничкиот пат и од условите за влеча по него (геометриски карактеристики на пругата и конструктивни карактеристики на локомотивата). По една пруга сообраќаат товарни и патнички возови и за да се одреди пропусната можност на пругата треба да се дефинира и бројот на патнички возови. Одредувањето на бројот на патнички возови на ден е посебна проблематика која нема да биде разгледувана во овој предмет. Изборот на влеча за патничките возови подлежи на критериуми поврзани со квалитетот на понудата за транспортни услуги (забрзување, брзини, фреквенција на поминување ). Кај изборот на локомотива за товарните возови најбитен критериум е максималната маса на возот која може да ја извлече локомотивата по најголемата угорница на пругата, притоа движејќи се со рамномерна брзина. Оваа брзина најчесто е т.н. критична брзина (може да биде и нешто поголема), односно најголемата брзина при која може да се исползува 108

атхезионата влечна сила кај дизел локомотивата. Кај електричната влеча таа е брзината која одговара на часовата влечна сила при паралелен спој на електромоторите (едночасово напрегање на електромоторите). Покрај овој критериум при изборот на масата на возот, треба да се води сметка и за бројот на осовини, односно капацитетот на станичните колосеци, како и видот на квачила и условите за кочење. Условот за рамномерно движење на возот по меродавна угорница на пругата е: Z W o G i m L w ' o Q w '' o L Q im Z L ( w ' o i m ) Q ( w '' o i m ) Q Z L ( w w '' o ' o i i m m ) во тони Q - маса на возот без локомотивата во тони L маса на локомотивата во тони G вкупна маса на воз во тони W o основни отпори за цел воз во dan w o основен специфичен отпор за локомотивата во dan/t w o основен специфичен отпор за вагоните во dan/t Z - влечна сила во dan i m - меродавна угорница во Меродавната угорница ја сочинува најголемиот геометриски наклон на угорница на нивелетата и додатокот од отпорите од кривина, односно : i m = i max + w r Од погорната релација може да се одреди масата на возот, но се поставува прашањето која маса на возот е најповолна од економска гледна точка, односно која маса на возот би имала најмали експлоатациони трошоци? Може да се има возови со помали тежини кои се движат со поголеми брзини или обратно, возови со помали брзини но со поголеми тежини. Кога транспортните трошоци се најмали? Според истражувањата на проф. Шчегловитов производот Q V (земен како индикатор за корисната работа на возовите) покажува најмали трошоци во транспортот при максимална вредност на овој производ. Тоа е случај кога возовите се движат со критична брзина при која ефективнта и атхезионата влечна сила се еднакви. Најголемата маса на возот која се добива при 109

возење со критична брзина се вика најповолна маса на возот. Значи би имале : Q Z L ( w w '' o ' o i i m m ) L f a L w '' o w i каде f a е коефициент на атхезија во dan/t ' o m i m L f a ( w Ориентационо, кај електролокомотивите критичната брзина е од 50 до 70 km/h, а кај дизел локомотивата од 15 до 30 km/h. 8.3 ИЗБОР НА СИСТЕМ НА ВЛЕЧА Кога се работи проект за нова пруга или за реконструкција на некоја пруга кој се базира на одреден перспективен сообраќај по насоки и видови, неопходно е да се дефинира и типот на локомотива која ќе го влече возот. Изборот на системот на влеча се базира на економска споредба на чинење на изградбата на пругата, на чинењето на локомотивата, како и на експлоатационите трошоци и т.н. екстерни трошоци на транспортот. Компаративната анализа се прави помеѓу дизел и електрична локомотива кои се најмногу и распространети денес во експлоатација. Постојат и возови кои се движат на електромагнетни јастуци (Јапонија, Германија) и прото-тип на воз (се уште се проучува) кој е специјално конструран за движење на електромагнетни јастуци, но кој би користел и гравитационо забрзување за совладување на отпори од нивелета во угорница (Suisse metro). Со електрична влеча се постига пропусна моќ од 8 до 40 пара возови на 4 часа, а годишниот нето товар кој се превезува е од 8 до 0 милиони тони. Векот на траење на електричната локомотива е од 35 до 40 години, а на дизел локомотивите околу 0 години. Дизел локомотивите се поскапи од електричните за околу 50 до 60%. Кај пруги каде се очекува брз пораст на сообраќајот и после комплетно исцрпување на сите постојни влечни капацитети треба да се пристапи кон електрификација. Електрификацијата на пругите бара додатни големи инвестиции кои ги зголемуваат фиксните трошоци на овој вид на сообраќај. Според препораките на UIC со електрификација треба да се пристапи кога има сообраќај поголем од 11 000 000 бруто тони годишно во обете сообраќајни насоки. Избор на локомотива Во претходните поглавја кои се однесуваа на прогноза и пресметка на сообраќајот во даден проектен период претставивме еден поедноставен w '' o ' o i i m m ) 110

начин на одредување на дневниот бруто сообраќај D g и D s (во главната и во споредната сообраќајна насока) во период од n години. Всушност со овие анализи ја дефинираме потребата од транспорт кои не се врзани со конструктивните особености на пругата. Сепак, во анализите и прогнозите на перспективниот транспорт кои се однесуваат за услови на пазарна економија, квалитетот на пругата и на возилата има големо влијание врз побарувачката на транспортни услуги и оваа ретроакција не смее да се занемари. Задачата која се поставува е да за одреден дневен максимален бруто сообраќај во даден период се определи влечно средство кое со определен број на возови по пругата ќе ја задоволи потребата од транспорт. Потребно е значи да се дневниот бруто сообраќај се претвори во број на возови со одредена маса (без масата на локомотивата). Постапката за ваква трансформација на максималниот дневен бруто сообраќај во маса на возови почнува со користење на теоретски познати вредности за пропусната можност на пругата (времиња на патување, задржување на станици, манипулација со товарот). Бидејќи теоретската максимална пропусна моќ на пругата може да се постигне само при исклучително поволни услови и одржи релативно во кус временски период, вообичаено е да се влегува во пресметки со т.н. практична пропусна можност. Истата се добива со земање во предвид на резерва за можни повремени атмосферски и технички пречки и пречки во експлоатацијата, преку коефициентот на факултатива = 1,10 до 1,0 кај едноколосечни пруги и 1,10 кај двоколосечни. Патничките возови имаат приоритет во сообраќајот и кога се работи графиконот на возен ред обично патничките возови истиснуваат δ=1,5 до товарни воза кај едноколосечни пруги и δ=1 товарен воз кај двоколосечни пруги. Со вака дефинирани коефициенти и ако усвоиме максимална теоретска пропусна можност за едноколосечна пруга (n) бројот на товарните возови кои може реално да сообраќаат во 4 часа е : n t = (n/ ) - δ n p Со вака одредениот број на товарни возови n t може да се најде масата на возот во главната и во споредната сообраќајна насока, односно : Q g = D g /n t Q s = D s /n t Потребно е исто така, да се воспостави врска помеѓу масата на возот и пругата, односно влечата која треба да ја има возот за да ја извлече 111

композицијата по меродавна угорнина со рамномерна брзина. Таа врска се прави преку вознодинамичката карактеристика на локомотивата (вознодинамички коефициент) кој е : b=l/q L - атхезиона маса на локомотивата во тони Q - маса на возот без локомотивата во тони Ако го примениме образецот за најповолна маса на возот и заменима за Q добиваме : '' L wo im wo im b ' Q f w i f ( w i a ) o Наместо да работиме со основните специфичи отпори за локомотивата и колите работиме со основен специфичен отпор за цел воз бидејќи се уште не ја знаеме локомотивата. Овој специфичен основен отпор за цел воз се пресметува за критична брзина (15 до 5 km/h за дизел и 50 до 70 km/h за електрична локомотива). Основниот специфичен отпор за цел воз може да се пресмета по Ерфрутскиот образец. Со вака најдена вознодинамичка карактеристика на локомотивата можеме да избереме локомотива според потребната атхезиона маса, односно : m a o m L = Q b во тони Врз основа на ваква пресметка се прави избор на локомотива, а по нејзиниот избор се врши одредување на стварната маса на возот (без локомотива). Кај електричната влеча изборот на локомотива може да се изврши и преку потребниот број на електромотори. Може да се земе дека нормалната часова снага кај електричните локомотиви (средна вредност) се движи од k (1000 до 1100 kw) каде k е бројот на електромотори, а 1100 kw е снага на еден мотор (800 kw кај електровлечните моторни коли). Потребни податоци се потребната маса на воз и условите за влеча од надолжниот профил (меродавниот наклон на угорница). Потребната маса на воз се одредува како и во претходно посочениот случај преку максималниот бруто дневен сообраќај и очекуваната пропусна моќ на пругата. Условите за влеча се дефинираат преку нов параметар кој е единична потребна снага за совладување на сите отпори на движење (дадена како специфична) односно : n i V g 3,6 1000 w o i m w p Watt/t 11

V - е брзина на движење во km/h (се зема просечната критична брзина за електрична локомотива за возење по меродавен наклон на угорница) g - земјино забрзување (9,81 m/sec ) w o - заеднички специфичен основен отпор на целиот воз во dan/t за V kr i m - меродавен наклон на угорница во w p - специфичен отпор од инерција во dan/t односно резерва на забрзување која треба за совладување на отпорот од инерција. Се зема обично w p = 10 p каде p е резерва на забрзување на отпорот на инерција и p = 0,05 до 0,10 m/sec. Дефинитивниот израз за n i е : V ni,73 wo im 10 p 1000 Потребниот број на електромотори е : Q n k i Q - е потребна маса на возот во тони n i - е единечна потребна снага k - е потребен број на електромотори 1100 ПРИМЕР: За проектирана пруга со меродавен наклон на угорница од i m =1 и потребна маса на товарен воз од Q = 1500 t да се избере електрична локомотива. РЕШЕНИЕ: Единечната потребна снага за совладување на сите отпори на движење е: V n i =,73 wo im 10 p 1000 За V усвоена е критична брзина од 70 km/h и резерва на забрзување од p=0,05 m/sec. Специфичниот основен отпор на возот е: V 70 w o,1,1 4,55 dan/t 000 000 тогаш ќе имаме: 70 n i,73 4,55 1,0 10 0,05 4, 14 Watt/t 1000 Потребниот број на електромотори ќе биде: Q n 1500 4,14 k i 5,64 6 мотори и одбираме локомотива со 6 мотори. 1100 1100 113

8.4 ОДРЕДУВАЊЕ НА НАЈПОВОЛЕН НАКЛОН НА УГОРНИЦА Изборот на наклон на нивелетата на пругата е еден од најбитните проектантски решенија. Од една страна наклонот зависи од теренските услови (рељеф, хидрогеолошки услови, хидротехнички барања ), а од друга страна истиот зависи и од условите за влеча кои се во функција од големината на сообраќајот. При проектирањето можно е да се повлечат повеќе траси со различни наклони и повеќе правци и кривини. При проектирањето и изборот на наклонот на нивелетата треба да се води сметка и за експлоатацијата и одржавањето на пругата. Изборот на најповолниот наклон (кога имаме позната бруто маса на воз и изберена локомотива) може да се најде од условот за рамномерно движење на возот, односно кога влечната сила е еднаква на сите отпори. Од тука добиваме: Z e = W o + G i m = Lw o + Qw o + (L + Q) i m i m Z e W G o Z e ( W ' o L Q Q w '' o ) Ако рамномерната брзина со која се движи возот е еднаква на критичната тогаш Z e = Z a = L f a, добиваме за најповолниот наклон на угорница: i m L f a ( W ' o L Q Q w '' o ) ( ) ПРИМЕР: Да се одреди најповолната угорница за воз со маса од Q=100 тони кој е влечен со дизелелектрична локомотива кај која критичната брзина е V=17,1 km/h, со влечна сила при критична брзина од Z a = 400 dan и вкупен основен отпор W o = 55 dan. Масата на локомотивата е 108 тони. РЕШЕНИЕ: Основниот специфичен отпор на вагоните (за брз товарен воз со претежно товарени коли) при возење со критична брзина е: '' V 17,1 w o,0 m,0 0,047,14 dan/t 10 10 Најповолниот наклон на угорница на нивелетата е: i m Z a ' '' W Q w 400 55 100,14 o L Q o 100 108 400 83 14,97 1308 114

8.5 ОДРЕДУВАЊЕ НА ВРЕМЕТО НА ВОЗЕЊЕ 8.5.1 АНАЛИТИЧКА ПРЕСМЕТКА ЗА ВРЕМЕТО НА ПАТУВАЊЕ Времето на возење е условено од карактеристиките на пругата, од влечата, масата на возот, но и од распоредот на станиците, односно пропусната можност на пругата и распоредот на станиците. За теоретско точно одредување на времето на возење може да се изведе аналитички образец по математички пат. Се тргнува од основната равенка за движење на возот. Од порано видовме дека равенката за вкупната кинетичка енергија при движење на возот е сума на тренслаторната (воглавно движењето на возовите е транслаторно) и ротационата енрегија (како резултат на вртење на осовинските слогови и одредени конструктивни елементи на возилата како пр. роторите на електромоторот). Кинетичката енергија е : E k M V J ω - M е маса на возот - V е брзина на транслаторно движење на возот - J е поларен момент на инерција на ротирачките делови на возилото - е аглова брзина на ротирачките делови на возилото Со претпоставка дека сите ротирачки делови од возилото имаат иста аглова брзина може да поедноставиме дека = R V (каде R е радиус на тркалата) и добиваме : E k V J M R За добивање на диференцијалната равенка за движење на возот ја користиме теоремата која се однесува на прираст на кинетичката енергија односно : прирастот на кинетичката енергија на еден систем е еднаков на елементарната работа од сите сили кои делуваат на тој систем. Користеќи ја оваа теорема добиваме : (Z W)ds = d(e k ) - ds елементарен сегмент од поминатиот пат 115

Во режим на возење со влеча, силата која делува на движењето на возот се добива всушност како разлика помеѓу влечната сила и вкупните отпори на движење (Z W). Со замена на изрзот за кинетичка енергија во диференцијалната равенка за движење и диференцирајќи ја десната страна од равенката, добиваме : J R Z W ds VdV M ds Може да земеме дека V= и добиваме : dt J M R ρ ρ R или може да земеме дека dv J dt R Z W M J 1 (фактор на масата и за цел воз =1,061,08) M J R γ M каде е коефициент на масата кој има средна вредност од 0,060,08. Всушност изразот (1 + ) = (фактор на масата) dv dt Z W M γ M dv dt Z W M( 1 γ) Ако наместо масата на возот ја внесеме тежината на возот би имале: M 1000 ( Q L) g - Q е тежина на возот без локомотивата - L е тежина на локомотивата ако за земјиното забрзување g земеме мерни единици од km/h добиваме: со замена се добива: g = 9,81 m/sec = (9,81 60 60 )/1000 = 17 000 km/h 116

dv dt 17 Z W 1 γ Q L Z W Q L Z G W G z w 17 1 γ ξ 10 dv dt ξ ( z w) 10 z w km/h - z специфична влечна сила - w специфичен отпор на цел воз кој е сума од основните специфични отпори на цел воз и од т.н. фиктивен подолжен наклон i n. Фиктивниот подолжен наклон ги сумира геометриските наклони i и кривинските отпори w r на делници од пругата со еден наклон на нивелетата. w = w o + i n i n = i + w r Од погорниот израз имаме да кога разликата z w = 1daN/t тогаш забрзувањето или успорувањето на возот (во зависност на правецот на силата) ќе изнесува 10 km/h на час или km/h на минута. Кога имаме т.н. празен ход на локомотивата (моторите не работат, односно Z=0 dan), добиваме: dv dt ξ km/h w ox При движење со исклучени мотори и со кочење добиваме: dv dt ξ b k w ox km/h Со интегрирање на овие диференцијални равенки на движење на возот можеме да ја добиеме зависноста на промената на брзината од поминатиот пат V = f(s) или времето на патување t= (S). Обично во пракса се применува приближна метода за интегрирање на диференцијалната равенка на движење на возот. Суштината на приближната метода за интегрирање се состои во тоа што се усвојува дека резултантната специфична влечна сила во даден брзински интервал од V 1 117

и V е константна и дека има вредност која одговара на средната брзина во овој брзински интервал. За да се одреди временскиот интервал во кој возот ја променува брзината од V 1 на V ја доведуваме диференцијалната равенка во следниов облик : dv dt ξ ( z w) dv dt ξ z w t t1 dt t V V1 dv ξ z w Бидејќи усвојуваме дека во брзинскиот интервал од V 1 и V вредноста на изразот (z-w) = const. тогаш можеме оваа вредност да ја извлечеме пред интегралот и добиваме: t = ξ 1 V dv V V V z w ξ z w ξ z w V1 1 (во h) t = V V 10 1 V z w 10 z w (во h) t = V V 1 V z w z w (во min) Со употреба на горната равенка може да се добие прирастот на времето на патување t за секој брзински интервал V и соодветна специфична влечна сила и специфични отпори (z-w). Времето на патување на возот на даден отсек од пругата е сума на времињата по поодделните делници, односно: Т = t = t 1 + t + + t n Покрај времето на патување може да се пресмета и поминатиот пат s во временски интервал t кој е еднаков на s = V sr t или вкупниот поминат пат на отсек од пругата L кој е сума од поминатите должини на секоја делница. L = s = s 1 + s + + s n Практичните пресметки покажуваат дека се добиваат прилично точни резултати ако се земаат мали брзински интервали, односно V=510 km/h. 118

8.5. ПРИБЛИЖНА МЕТОДА ЗА ОДРЕДУВАЊЕ НА ВРЕМЕТО НА ПАТУВАЊЕ ПРЕКУ ЛИНИИТЕ НА ОТПОРИТЕ Ако на дијаграмот на влечните сили на локомотивата (влечниот пасош) се вцртаат линиите на вкупните отпори W на возот при возење на различни делници со различни наклони на угорници, тогаш пресеците во кои влечните сили се еднакви со сите отпори ги претставуваат рамномерните брзини на движење на возот по дадената угорница (Слика 1). За да се одреди брзината на возење на возот по некоја нагорница (пр. i = 8 ) треба на влечниот пасош да се вцрта линијата на вкупните отпори на возот кој се движи на нагорница од 8 и пресекот на линиите на отпорите со влечната сила ќе ја даде рамномерната брзина на движење по таа угорница. Ваквата постапка треба да се примени кај секоја делница од пругата со различен наклон и на тој начин би ја определиле брзината за сите делници со своите наклони. Слика 1. Одредување на брзината на возење со линиите на отпори Знаејќи ја брзината на патување на возот на поедини делници со дадена должина кои се карактеризираат со својот наклон на нивелета и големината на радиусите на хоризонталните кривини, можеме да го најдеме времето на патување како во претходниот случај, односно со сумирање на парцијалните времиња на патување од секоја делница на пругата. 119

8.5.3 ПРИБЛИЖНА МЕТОДА ЗА ОДРЕДУВАЊЕ НА ВРЕМЕТО НА ПАТУВАЊЕ ПРЕКУ I-V ДИЈАГРАМОТ Овој начин најмногу се применува за приближна пресметка на брзините и на времето на патување на возовите по делници од пругата со различни карактеристики. Дијаграмот наречен i-v дијаграм, ја дава врската помеѓу брзината на движење на воз со позната маса Q влечен од дадена локомотива по делница од пругата со даден наклон на нивелетата. За негова конструкција се користи условот за рамномерно движење на возот со позната маса по даден наклон кој услов е задоволен ако влечната сила е еднаква на сите отпори, односно: Z e = W o + G i n = Lw o + Qw o + (L + Q) i n = W o + Qw o + (L + Q) i n Z e - ефективна влечна сила на локомотивата во dan W o вкупен основен отпор на цел воз во dan G вкупна маса на возот (локомотивата + вагони) во тони i n фиктивен наклон на нивелетата (овој наклон може да се изрази како вкупен отпор од наклон на нивелетата и од кривини i n = i + w r ) во L - атхезиона маса на локомотивата во тони Q - маса на возот без локомотивата во тони w o - специфични основни отпори на локомотивата во dan/t w o - специфични основни отпори на вагоните во dan/t W o вкупен основен отпор на локомотивата во dan Ако од горната равенка го изразиме наклонот добиваме: i n Z e W ' o L Q Q w '' o Z e W G o Z e G W G o z w o во dan/t - z специфична влечна сила во dan/t - w o специфичен основен отпор на цел воз во dan/t Горната равенка се решава табеларно за прираст на брзината во интервал од 510 km/h. Со задавање на вредности за брзината од V min = 0 km/h до V max кој е даден како конструктивна карактеристика на локомотивата (со брзински интервал од на пример, 10 km/h) се добиваат соодевтни вредности за специфичната влечна сила z и за специфичниот основен отпор w o за позната локомотива и маса на воз Q. Со примена на горниот образец ги добиваме вредностите на наклонот i n и сите резултати од пресметките се внесуваат во табела. Добиентите вредности за i n при дадена брзина може да се претстават во еден координатен систем на кој на ординатата се пресметаните вредности за i n а на апсцисната оска се нанесува брзината V, односно i n =f(v) (Слика ). 10

Овој дијаграм се нарекува i-v дијаграм од кој за секој наклон може да се прочита соодветната брзина на движење. Значи, со овој дијаграм може да се одредат брзините со кои ќе се движи воз со дадена маса по дадена делница од пругата со даден наклон. Слика. Графичка претстава на i-v зависноста Кривата која се формира со вредностите за i n практично ги покажува специфичните сили на убрзувањето (i n = z e - w o ) додека кривата -w o ги претставува специфичните сили на отпорите. Од i-v дијаграмот може да се забележи дека со зголемување на брзината се намалува влечната сила (но се зголемуваат силите од отпорите), а со тоа се намалува и специфичната сила на убрзување. Кога за специфичната сила на убрзување (i n ) се добие вредност 0 тогаш се изедначуваат влечната сила и отпорите од возилата во состав на возот, возот постигнува соодветна брзина за даден геометриски наклон на пругата и настанува рамномерно движење на возот. При режим на работа на моторите во празен ход (z e =0 dan) и при движење на возот во хоризонтала и правец се јавуваат само силите од специфичните основни отпори, односно: 11

w o L w ' o Q w L Q '' o во dan/t При движење на возот на падови на нивелетата се ограничува брзината од безбедносни причини. Брзините на товарните возови на падови се пропишани во таблици за кочење, а во зависност од системот на кочници, процентот на кочење, радиусите на кривините и големината на наклонот на пад (Слика 3). Слика 3. Ограничување на брзините од падови на наклонот и од радиуси на кривини Значи, при одредување на брзините на движење преку i-v дијаграмот треба да се има предвид за максималните брзини кои се лимитирани со: - конструктивната брзина на локомотивата, - дозволени брзини во зависност од радиуси на кривини, - дозволени брзини на падови на нивелетата. Практичното одредување на брзината на движење на возот по поедини делници од пругата со различен наклон се врши во табеларна пресметка на специфичните влечни сили и силите од отпорите. Потоа се конструира i-v дијаграмот од кого може за секоја делница од пругата со даден наклон да се отчита брзината на движење на возот, при тоа водејќи сметка за лимитите на брзините во зависност од радиусите на кривините и падовите на возење. 1

8.6 ПРОПУСНА МОЖНОСТ НА ПРУГА И МЕЃУСТАНИЧНИ РАСТОЈАНИЈА Сообраќајот на едноколосечните пруги се одвива во двете насоки со наизменично исползување на меѓустаничните отсеци од двете насоки (Слика 4). На сликата прикажани се два воза кои се движат во спротивна насока по пругата на делници од станица 1 до станица 3. Ако од станица 1 се пушти возот 101 кон станица 3, истиот мора да се размине со возот 10 кој се пушта од станица 3. При тоа повеќе шеми на експлоатција се возможни. Слика 4. Графикон на движење на возовите по едноколосечна пруга Пример : возот 10 се пушта во сообраќај кога возот 101 ќе пристигне на станица и истиот треба да чека да пристигне возот 10 за да се разминат. Возот 10 ако нема потреба за застанување може да премине преку станицата директно (случај како на сликата), но може и двата воза да се задржат на станицата. За обезбедување на сигурно разминување се оставаат одредени временски интервали при стоење на возот 101 на станица, односно по неговото пристигнување се пушта возот од спротивната насока, а по поминувањето исто така има одреден временски интервал за пуштање на возот 101 од станицата во насока на станицата 3. За друг пар на возови вкрстувањето и разминувањето може да биде на некоја друга станица во зависност од возниот ред, однсоно од приоритетот во сообраќајот. Бројот на парови возови (товарни и патнички) кои може да сообраќаат по железничка пруга во 4 часа се нарекува пропусна можност на пругата. Кај двоколосечна пруга не претставува опасност од директен судир на два воза од спротивна насока, но се јавува проблем во сообраќајот поврзан со претекнување на поспорите возови. Значи пропусната можност на двоколосечна пруга е бројот на возови кои можат да поминат во една насока. 13

Пропусната можност е една од најбитните експлоатациони карактеристики на пругата. Познавањето на пропусната можност на пругата е неопходно за воспоставување на врска помеѓу техничките карактеристики на пругата предвидени со проектот и големината на сообраќајот кој треба да се одвива по неа. Правилниот распоред на станиците (или вкрсниците кај едноколосечни пруги и разминувачниците кај двоколосечни пруги) е од огромна важност за капацитетот на пругата. Положбата на одредени станици е предодредена од распоредот на населените места и стопанските капацитети во просторот. Пропусната можност на една пруга зависи од следниве фактори: - број и распоред на станици, - надолжниот профил и алињманот на пругата, - од големината на товарниот и патничкиот сообраќај, - од брзината на возовите поврзана со динамичките и конструктивните карактеристики на возилата, - од организацијата и методите за експлоатција на капацитетот на пругата. Следствено на ова, може да се постави прашањето дали не е подобро да се оспособат поедини пруги за екслузивна употреба и возење на еден вид на возови (на пример само птанички возови, само товарни возови ). Вакви специјализирани пруги на кои сообраќаат возови со исти брзини се пругите во големите урбани агломерации кои служат за движење на возови за јавен приградски превоз на патници. Во САД постојат специјализирани пруги по кои се движат само товарни возови. Во најголем број на случаи по пругите во државите во Европа се одвива мешовит сообраќај на патнички и товарни возови. 8.6.1 ОДРЕДУВАЊЕ НА ПРОПУСНАТА МОЖНОСТ НА ПРУГАТА Одредувањето на пропусната можност на пругата ќе го разгледаме за т.н. паралелен графикон на експлоатација. Кај овој графикон се работи само со товарни возови, а за да се земе во предвид патничките возови истите претходно се пратвараат во товарни. Пропусната можност зависи од два временски факотора: - времето на патување на пар возови и - од времето на задржување на станиците n 4 60 1440 t β α' t β α'' t t β α' '' 1 1 α n - е пропусна можност на пругата (може да се пресмета и за дадено меѓустанично растојание), t 1 - е време на патување на дадено меѓустанично растојание во еден смер во минути, 14

t - е време на патување на истото меѓустанично растојание во обратен смер во минути, - е време за убрзување и успорување на еден воз на излез и влез во станица (се додава само кога брзините се одредуваат со приближни методи како на пример i-v дијаграмот). Ова време зависи од видот на влечата, видот и масата на возот и на кочниците. За практична работа се смета со просечна вредност од = минути за електрична и дизел влеча, - (односно и ) е време на задржување на возовите на станиците. Тоа е временскиот интервал помеѓу доаѓањето на еден воз и испраќањето на друг по истото меѓустанично растојание. Тоа време зависи од видот на врските (ТТ уреди или блок уреди) и видот на станицата (крајна кај која задржувањето е или попатна ). При систем на комуникации со ТТ уреди ова време изнесува = 15 минути (за крајни станици) и = 5 минути за попатни станици. При систем на блок уреди ова време изнесува = минути и = 10 минути. Ако ги внесеме горните вредности за и ќе ги добиеме следниве обрасци за максимална пропусна можност: n 1440 1440 t t t t 8 - за попатни меѓустанични растојанија 1 1 n 1440 1440 t t 10 t t 16 - за крајни меѓустанични растојанија 1 1 Времето на патување на пар возови (вклучувајќи го и времето на задржување во станиците) е секогаш најголемо на некое меѓустанично растојание од пругата. Причината за ова може да биде или должината на делницата помеѓу две станици или големината на наклонот на нивелетата. Ова меѓустанично растојание се нарекува меродавно меѓустанично растојание (може да биде крајно или попатно). Пропусната можност на пругата се одредува спрема меродавното меѓустанично растојание и се нарекува максимална (теоретска) пропусна можност на пругата (истата се однесува на паралелен графикон на возење). Максималната пропусна можност се нарекува уште и теоретска пропусна можност затоа што истата може да се постигне во иделани услови на експлоатација. Фактори кои влијаат секојдневно на нејзината големина се атмосферските непогоди, прекини на врските, сообраќајни незгоди и т.н. Затоа во пресметките треба да внесеме одредена резерва (односно редукција на теоретската пропусна можност) од 10 до 0% од максималната 15

вредност за пропусната можност на пругата. Во пресметките го вовоедуваме коефициентот на факултатива = 1,10 до 1,0 со кој треба да се подели максималната пропусна можност γ n и истата да се намали. За да се работи со паралелен графикон на товарни возови, потребно е патничките возови да ги сведеме на товарни. Ова од причини што патничките возови имаат приоритет во возниот ред на сообраќајот по една пруга. Замената на патнички возови во графиконот на движење за товарни возови се врши со кеофициентот на еквивалентност = 1,5 до,0 кај едноколосечна пруга ( =,0 при помал број на патнички возови, односно = 1,0 кај двоколосечни пруги). Практичната (реално остварливата) пропусна можност треба да биде еднаква на сумата на сите пара возови, подразбирајќи ги и сведените патнички возови во товарни. n nt γ n p δ n - е максимална или теоретска пропусна можност на пругата во 4 часа - е коефициентот на факултатива (редукција на теоретската пропусна можност заради разни пречки во сообраќајот) - е коефициент на еквивалентност (замена на бројот на патнички во број на товарните возови во однос на приоритетот и брзината на движење) n t - е број на товарни возови n p - е број на патнички возови 8.6. ОДРЕДУВАЊЕ НА МЕЃУСТАНИЧНИТЕ РАСТОЈАНИЈА Познавајќи ја пропусната можност на едноколосечна пруга, можеме да ги одредиме времињата на патување по меродавно меѓустанично растојание и тоа ако е попатано имаме: ' '' 1440 t t 8 tu max max u u, n ако е крајно меѓустанично растојание имаме: ' '' 1440 tk max max t k tk 16 n max(t u ) е најголемо време за возење во обете насоки на меродавното попатно меѓустанично растојание, max(t k ) е најголемо време за возење во обете насоки на меродавното крајно меѓустанично растојание. 16

Познавајќи ги времињата на патување, може да се одреди должината на меродавното крајно или попатно меѓустанично растојание: 1440 16 max( tk ) L n k (km) за крајно меѓустанично растојание 1 1 1 1 60 60 ' '' ' '' Vk Vk Vk Vk L u 1440 8 max( tu ) n (km) за попатно меѓустанично растојание 1 1 1 1 60 60 ' '' ' '' Vu Vu Vu Vu L k - е крајно меѓустанично растојание L k - е попатно меѓустанично растојание max(t k ) е најголемо време на возење на крајно меѓустанично растојание max(t u ) е најголемо време на возење на попатно меѓустанично растојание V k V k се брзини на движење на крајно меѓустанично растојание во обете насоки V u V u се брзини на движење на попатно меѓустанично растојание во обете насоки Кај двоколосечните пруги максималната пропусна можност се пресметува за секоја насока посебно и се изразува во број на возови во 4 часа. 8.7 КАПАЦИТЕТ НА ПРУГАТА ИЛИ НА МРЕЖАТА Во експлоатацијата на железницата често се употребува поимот за пропусна моќ и капацитет за да се изрази квантитативно обемот на проточниот сообраќај или на сообраќајните потенцијали на еден железнички систем или на еден од неговите елементи. Поимот пропусна можност се однесува на реално (практично) обезбедени сообраќајни услуги за даден временски период, додека поимот за капацитет се однесува повеќе на возможни сообраќајни услуги кои би можеле да бидат обезбедени во даден временски интервал. Капацитет на една железничка мрежа може да се дефинира како максимален број на возови кои можат да сообраќаат во практични услови на експлоатација, задоволувајќи даден квалитет на услуга (одреден квалитет на услуги изразен со точност, со структурата на експлоатција и со структурата на дадените возни редови). Со други зборови, капацитетот на една железничка линија се одредува преку бројот на возови кои можат да сообраќаат по неа за 4 часа, имајќи ги во предвид минималните временски 17

интервали помеѓу возовите од различен вид, различните комбинации на возови според насока и нивната хиерархија во возниот ред, како и закаснувањата на секое меѓустанично растојание и другите критериуми кои се однесуваат на квалитетот на транспортот. Сообраќајното оптоваруавње не е континуирано и со ист интензитет во секој временски период. Максималниот бројот на возови кои може да сообраќаат во даден временски интервал го дефинираат часовиот капацитет, дневниот капацитет или годишниот капацитет. Од ваквите дефиниции за капацитетот преку број на возови може да се пресмета капацитетот преку понудени места за патници или преку тони на роба кои може да се транспортираат. Капацитетот на различни составни компоненти во железничкиот сообраќај (јазли, делници, железнички линии) можат исто така да се одредат. Капацитетот се користи за евалуација на перформансите на еден постоечки или на планиран систем на железнички сообраќај кој треба да задоволи дадени услови за квалитет. Поимот за резерви на капацитет се однесува на дадена програма за експлоатација во која може да се обезбедат додатни сообраќајни услуги во случај на потреба. Студијата за резерва на капацитетот се прави преку анализа на организацијата за експлоатација со барање на можност да се зголеми ефикасноста и рентабилноста, односно се навраќаме на анализата на пропусната моќ. 8.7.1 ФАКТОРИ КОИ ВЛИЈААТ НА КАПАЦИТЕТОТ НА ЕДНА ПРУГА Факторите кои влијаат на капацитетот на една пруга може да бидат групирани во следниве групи: човечки фактор, железнички возила, карактеристики на пругата и на експлоатацијата. а) Човечки фактор Психофизичкото однесување на вработените (машиновозачи, службени лица во станици) изразено преку време на реакција, односно способност за прием и реализирање на сигнали и звучни пораки и преку примена на регулативата за возење и извршување на маневарски работи во станици. б) Железнички возила Динамички карактеристики на возилата, состав на возовите, нивна должина, товар, карактеристики на влечата и на системот за кочење. в) Карактеристики на пругата Геометриски карактеристики на трасата и на објектите (тунели, мостови); состојба на колосечниот материјал (одржување, ремонт ); број на колосеци; распоред на станиците долж пругата, нивно растојание и вид на 18

службени места и станици долж пругата; екипираност на пругата со сигнално сигуроносни уреди (должина на делници); растојание на инсталациите за снабдување со енергија ; екипираност и инсталации за регулирање на сообраќајот (централно управување и автоматизација) г) Карактеристики на експлоатацијата Брзини на движење; структура на возни редови, приоритети во движење, вкрстување, разминување, претекнување; застанување или транзитирање во станици и време на задржување за станични работи; маржа и резерви на време за станични работи; концентрација на сообраќајот во тек на еден ден (празни интервали) 19

9 ВЛИЈАНИЕ НА ВОЗНАТА ДИНАМИКА НА ЖЕЛЕЗНИЧКИ ВОЗИЛА ВО ПРОЕКТИРАЊЕТО НА ПРУГИ Од експлоатациона гледна точка, теоријата од возната динамика и влеча наоѓа практична примена во одредување на масата и брзината на возовите по дадени делници од изградените пруги. Со вака одредени величини може да се изготват возни редови и шеми на експлоатција кои се вклопуваат во практичната пропусна можност на пругата, како и да се пресмета потрошувачката на погонска енергија. Кога се работи на проектирање за дадена нова пруга, овие теории од влечата овозможуваат да се направи правилен избор на основните елементи на трасата (меродавен наклон на нивелетата и минимален радиус на хоризонтални кривини), како и распоредот на електровлечните подстаници или депоа за снабдување со течно гориво на локомотивите. Врз основа на единичната потрошувачка на погонска енергија и големината на времето на возење помеѓу станиците може да се изврши споредба на варијанти на повеќе решенија на трасата и избор на најповолната од аспект на инвестициони и експлоатациони трошоци. Важноста на овие теории од возна динамика се огледа најмногу во концепцијата и конструкцијата на железничките возила чии што перформанси се подобруваат константно. Да ги разгледаме практичните примени на овие теории од возна динамика на железнички возила во проектирањето на железничкиот пат. 9.1 УБЛАЖУВАЊЕ НА НИВЕЛЕТАТА ВО КРИВИНИ Кога возот се движи по делница од пругата со еден наклон на нивелетата во угорница, тогаш вкупниот специфичен отпор ќе биде сума од основните и додатниот специфичен отпор од нивелета, односно: w = w o + w i w o - основен специфичен отпор на цел воз (dan/t) w i - специфичен додатен отпор при движење по угорница (dan/t), ( ) Ако на оваа делница има и хоризонтални кривини, тогаш при поминување на возот во секоја кривина ќе се појави дополнителен кривински отпор w r и тогаш вкупниот специфичен отпор на возот (кога поминува во кривина) ќе биде: w = w o + w i + w r (dan/t) Евидентно е дека во кривина вкупниот специфичен отпор на возот е поголем од оној кој делува во правец на делница со еден наклон. Оваа 130

состојба предизвикува нехармонично напрегање на моторите во локомотивата (кога растат отпорите за да се задржи иста брзина на движење треба да се зголемат влечните сили), или нехармонично движење на возот. За да се добие најдобро исползување на влечната сила на локомотивата се врши ублажување на нивелетата во кривините со цел да се добијат исти услови за возење во правците и кривините, односно иста величина на отпорите. Меѓутоа, со ублажувањето на нивелетата во кривини се јавува губиток во висината које е потребно да се совлада и за да се дојде до истата висинска кота, потребно е да се зголеми наклонот на угорница на нивелетата повлечена на делот од пругата во правец. Значи наклонот во правец се зголемува и со тоа се компензира намалувањето на наклонот во кривини за да може да се дојде до фиксираната кота. Зголемениот наклон во правец се нарекува максимален наклон на угорница на дадената делница од пругата, односно најголемиот максимален наклон на целата траса од пругата се нарекува меродавен наклон на пругата. 9.1.1 ПРЕСМЕТКА НА ГОЛЕМИНАТА НА УБЛАЖУВАЊЕТО НА НИВЕЛЕТАТА ВО КРИВИНИ Ублажувањето на наклонот во кривини може теоретски да се одреди преку големината на кривинските отпори или преку потребната работа за негово совладување. Општата форма на обрасците за пресметување на специфичните отпори од C кривини е w r каде С е некоја константа, R е радиус на кривината (во R метри). Од горниот израз може да се констатира дека овие отпори зависат од радиусите на хоризонтални кривини, односно колку радиусот е поголем, толку овие отпори се помали. Доколку ја ублажиме нивелетата за големината на овој кривински отпор, вкупните отпори на движење ќе останат исти и во кривина и во правец. Проблем кој ќе се јави е врзан со потребата да се надополни губитокот во висина h кој ќе се јави заради ублажувањето на нивелетата. Тргнувајќи од дефиницијата за работата (работа=сила пат) може да се најде овој губиток во искачувањето затоа што тој е ист со работата за совладување на кривинскиот отпор (овде патот е должината на кривината). Значи покрај големината на радиусот, битна е и должината на кривината, односно потребната работа за совладување на кривинскиот отпор. Големината на работата зависи од прекршниот агол на кривината. Потрошената работа за совладување на кривинскиот отпор на должината на една кривина е: ' A w r L k C R R π α 180 C π α 180 131

Потрошената работа за совладување на кривинските отпори за сите кривини на една делница од трасата на пругата со исти наклон е: A A ' C π C π α 180 180 α k α α - сума на сите прекршни агли на хоризонталните кривини на делницата со еден наклон i s k коефициент кој има вредност од 13,1 за нормален колосек Од погорниот израз може да се констатира дека потрошената работа на совладување на отпорите во кривини не зависи од величината на радиусите на кривините туку само од големината на сумата на прекршните агли на кривините кои се наоѓаат долж делница од пругата со еден наклон на нивелетата. Затоа при проектирање на пруги треба да се води сметка за избор на што поголем радиус на кривина (поголем радиус на кривини даваат помали кривински отпори), но и за големината на прекршните агли, односно збирот на прекршните агли треба да биде што помал (поволно е да се добие поиспружена траса). Губитокот на висина за искачување заради ублажување на нивелетата во кривина е идентичен по вредност со потрошената работа за совладување на кривинскиот отпор, односно: h A ' C π α k α 180 (m) или за повеќе кривини на дадена делница од трасата со исти наклон имаме: ' h A k α (m) 9.1. НАЧИН НА ОБЛИКУВАЊЕ НА НИВЕЛЕТАТА Ублажувањето на нивелетата во кривини се врши во фазата на изработка на главен проект на пругата. За да се изведе ублажувањето, се разгледува посебно секоја делница од трасата со еден наклон на нивелетата. Ако на една делница со должина L, со наклон на угорница i s и висина на качување H имаме неколку кривини, тогаш заради ублажувањето на нивелетата, наклонот на угорница во отсекот кој е во правец ќе се зголеми. Овој зголемен наклон 5 во правец ќе се добие ако се подели сумата на висината 5 Zgolemen naklon vo odnos na geometriskiot proektiran naklon na niveletata. 13

за качување H (висината на качување се добива како разлика помеѓу котите на почетокот и на крајот од делницата со еден наклон) и изгубените висини од ублажувањето на нивелетата h со должината на делницата, односно: H h i imax is i L max ( ) H - висина на качување (се одредува како разлика помеѓу висинските коти на две точки) H L - должина на делница со еден наклон на угорница i s ( i s ) L h изгубена висина поради ублажувањето на нивелетата во дадена кривина (идентична е со работата за совладување на кривинскиот отпор, односно h w r Lk каде w r е кривински специфичен отпор, а L k е должина R π α на кривината, односно на кружниот лак L k ) 180 h - изгубена висина заради ублажување на нивелетата во сите кривини долж делницата со еден наклон на нивелетата h w r L ) ( k. h i - големина на зголемување на наклонот на угорница на L делницата од трасата во правец со кој ќе треба да се надополни губитокот во искачувањето заради ублажувањето на нивелетата во кривини. Во случаи кога должината на кружната кривина е со минимална вредност (случај кога и радиусите на кривина се минимални) потребно е на кружниот лак да му се додадат и преодните кривини и да се пресметува со вкупната должина на кривината D k. Прописите за обликување на нивелетата кај железниците забрануваат да падне прекршувањето на нивелетата во преодна кривина (може во чисто кружниот дел од кривината, но никако во преодната кривина). Затоа ублажениот дел на нивелетата во кривината L u ќе мора да се протега и надвор од кривината, односно тој ќе ја содржи вкупната должина на кривината D k (должината на чисто кружната кривина плус двете преодници), должината на две тангенти на вертикалното заоблување на нивелетата ( tg) како и една резерва од најмалку 5 метри помеѓу крајот на преодницата и почетокот на тангентата на вертикалниото прекршување. 133

L u = D k + tg + 5(m).. (m) За да ја одредиме должината на ублажување на нивелетата во кривина L u, потребно е значи да ја знаеме должината на кривината D k која се добива со пресметките на елементите на хоризонтална кривина. Должината на тангентата на вертикалната кривина може да се добие по образецот ρ i 1 i tg каде ρ е радиус на вертикална кривина. Вертикална кривина 1000 се формира кај прекршувањето на нивелетата, односно кога имаме премин на делница со еден наколон i 1 на делница со друг наклон i. Спротивно од начинот на избор на вертикална кривина кај патишта кој се базира врз критериумот за видливост, кај железниците не се зема во предвид овој критериум, туку критериумот за сигурност кој го разгледува така нареченото статичко олеснување на осовините при премин од еден во друг подолжен наклон (Слика 5). i 1 олесната осовина i Слика 5. Статичко олеснување на осовините Затоа преминот од еден во друг наклон меѓу две делници со различни наклони се врши преку заоблување со вертикална чиста кружна кривина со радиус ρ. Вертикална кривина не е потребна ако разликата на наклоните на две соседни делници (наклони во ист смер) или нивната сумата 6 (ако наклоните се во обратен смер) е помала од,0 0 / 00. i i 1 i 1 - i ако i 1 i 6 Naklonite se sobiraat ako istite se so razli~en smer i vadat ako se so isti smer 134

i 1 + i ако i 1 i i 1 i Слика 6. Сумирање на двата наклона во зависност од нивната насока Радиусот на вертикалната кривина ρ приближно се одредува од следниов услов: ρ V max каде : ρ е радиус на вертикална кривина во (m), а V max е максималната брзина на возот во (km/h). Бидејќи разликата помеѓу наклоните на нивелетата на убалжениот и на небулажениот дел е секогаш мала (максимум до,0,5 0 / 00 ) се добива големина на тангенти на вертикални кривини од 5 до 10 метри. Според тоа за потребната должината за ублажување добиваме: L u = D k + tg + 5(m) = D k + (5 10(m)) + 5(m) = D k + (15 30(m)) Потребната должина за ублажување на нивелетата се усвојува со заокружување на 10 метри. Оваа потребна должина за убалжување на нивелетата се одредува за секоја кривина на делница од пругата со еден наклон. По вака одредените должини за убалжување, ги контролираме должините на меѓуправците (отсеци во правец помеѓу две кривини) кои треба да бидат со минимална должина од 300 метри (Слика 7). Доколку има меѓуправци помали од 300 метри, тогаш истите влегуваат во должината за ублажување на нивелетата на делницата со еден наклон (Слика 8). 135

h i max i max i r Lu 300 m tg+5m tg+5m Dk Lu Слика 7. Шематски приказ на потребна должина за ублажување на нивелетата за една кривина h i max i max i r Lu 300 m tg+5m MP<300m tg+5m Dk1 Dk Слика 8. Шематски приказ на потребна должина за ублажување на нивелетата за две кривин меѓу кои меѓуправецот е помал од 300 метри Lu 136

На пример ако имаме три кривини со радиуси R1, R и R3 на делница од пругата со еден наклон на нивелетата и ако меѓуправците се помали од 300 метри (по определените потребни должини за ублажување), тогаш овие меѓуправци ќе влезат во должината за ублажување која почнува пред првата, а завршува зад третата кривина. Должината за ублажување се заокружува исто така на цели 10 метри, а големината на ублажувањето може да се пресмета и со редуциран специфичен кривински отпор. Редуцираниот специфичен кривински отпор може да се добие според средниот радиус на хоризонталните кривини или според најмалиот радиус. а) Најдобро е да се работи според средниот радиус на хоризоинталните кривини и тогаш, на пример за делница со три кривини, би имале: w ' 1 r Lu w r1 L k1 w ' w r е редуциран специфичен кривински отпор на должината за ублажување L L L се должини на кружните лакови на првата, втората и третата k1, k, k3 R π α кривина ( L k ) 180 w r1, wr, wr3 се кривински специфични отпори за првата, втората и третата кривина. б) Ако работиме со специфичниот кривински отпор за најмал радиус ќе добиеме редуциран специфичен кривински отпор по следниов образец (случај кога R1<R<R3): r L k w r3 L k3 w ' 1 r Lu Lk1 Lk Lk3 wr1 в) Кога на делница со еден наклон има многу кривини меѓу кои сите меѓуправци се помали од 300 метри, тогаш не се врши ублажување на нивелетата и истата е со единствен наклон и во правец и во кривини. Фиктивниот наклон (наклон кој го содржи геометриски проектираниот наклон на нивелетата и додатокот на наклонот заради кривинските орпори) се добива со : i f h 1 C π is is α is 13, 1 L L 180 L α - α е сума на прекршните агли од кривините на дадената делница од пругата со еден наклон каде меѓуправците се помали од 300 метри, - L е должина на дадената делница со еден наклон во метри. 137

г) Редукција на специфичниот кривински отпор може да се врши во однос на должината на возот, односно во случај кога должината на возот е поголема од должината на кривината: w ' r w r D L v k ' - w r е редуциран специфичен кривински отпор - w r е специфичен кривински отпор - D k е должина на кривина (чиста кружна и две преодници) - L v е должина на возот д) Редукцијата на специфичниот кривински отпор може да се врши и во однос на должината на кривинскиот отсек. Всушност, кривинскиот отпор постига најголема вредност кога возилото ќе навлезе во чистата кружна кривина; значи истиот е помал во делот на преодните кривини и исчезнува во отсеците кои се во правец, но се дел од должината за ублажување. Редукцијата на специфичниот кривински отпор во тој случај може да се пресмета како: w ' r w r L L u k - L k е должина на кружниот лак од кривините во метри - L u е должина на убалажувањето во метри По пресметката за ублажување на нивелетата во кривини на дадена делница со еден наклон, добиваме поголем наклон од геометриски проектираниот во правец и намелен наклон (помал од геометриски проектираниот) во кривините. Ублажениот наклон во секоја кривина ќе биде: i r = i max w r - i r е ублажен наклон во кривина - i max е зголемениот наклон во правец заради загубите во висини од ублажувањето - w r е специфичен кривински отпор (или ако работиме со редуциран кривински отпор тогаш имаме w r ) Ублажувањето на нивелетата во кривини се изведува во фазата на главен проект на една пруга, но за можното зголемување на наклонот во правец заради ублажувањето во кривини, треба да се има предвид уште во почетните фази на проектирањето (предпроектот). Ако во фаза на 138

предпроект ни е зададен максималниот наклон на траса од пругата, тогаш треба да се трасира со намален наклон за износот од i, односно максималниот геометриски наклон на пругата (на меродавна делница од трасата) при повлекување на нивелетата би бил: i s = i max i = i max k i L max 13,1 L 9.1.3 МЕРОДАВЕН НАКЛОН НА УГОРНИЦА И ГОЛЕМИНА НА НАКЛОН Со ублажување на нивелетата во кривини се добиваат различни големини на наклони на нивелетат во правец i max на поедините делници од трасата. Најголемиот од овие максимални наклони во правец е т.н. меродавен наклон на угорница на трасата од пругата i m. Спрема овој наклон треба да биде одредена масата на возот, или пак ако е одредена масата на возот и пропусната моќ, тогаш меродавниот наклон го детерминира видот и јачината на локомотивата која ќе ги влече товарените композиции по пругата. Од ова следи дека најнеповолно решение на трасата е ако имаме куса делница со голем наклон на угорница кој ќе го услови изборот на локомотивата која што нема да биде доволно искористена по останатите делници од пругата со помали наклони. Трасата на една пруга во надолжен профил се состои од делници во наклон кои може да бидат во угорници или падови (во зависност од правецот на движењето на возовите) и делници во хоризонтала. Во терминологијата за железници зборуваме за делница во наклон ако подложниот наклон е поголеми од 1 до о / оо. Максималните дозволени вредности на наклоните се во функција од : - атхезијата, - видот на влечата и карактеристиките на железничките возила, - карактеристиките на пругата и топологијата на рељефот, - планот за експлоатација на пругата (возможен сообраќај, должина на возот и големина на товарите за превезување), - должината на делниците со наклони. Трасата на пругата е особено осетлива на наклоните. Всушност минималниот коефициент на атхезија челик-челик изнесува 0,10 (одговара на коефициентот на атхезија за гумено тркало на поледица при брзина од 40 km/h). Едно железничко возило би можело теоретски да се придвижи дури и до наклон кој преминува 100 0 / 00. При крајот на минатиот век постоеле трамвајски линии со наклони дури и до 115 0 / 00. На македонските железници максималниот дозволен подолжен наклон при проектирање на пруги со нормален колосек изнесува 5 0 / 00. 139

Вообичаено е да се применуваат наклони од 1 0 / 00 до 15 0 / 00 за пруги со мешовит сообраќај со максимални брзини до 00km/h. На швајцарските железници се употребува максимален подолжен наклон од 30 0 / 00 за нормален колосек и 70 0 / 00 за тесен колосек (пруги со осовинска ширина на колосек од 1m и трамваи). Максималниот наклон на пругите употребен во германските железници е 1 0 / 00, но во Франција на линијата на TGV (делница од пругата Приз - Лион за исклучиво брз патнички сообраќај) на една делница со должина од 4km употребен е максимален подолжен наклон од 35 0 / 00. Во општ случај препораките за подолжниот наклон за нови брзи пруги (исклучиво наменети за превоз на патници) во мрежата на пруги во Европа се лимитира на 35 0 / 00 додека овој лимит изнесува 1,5 0 / 00 за пруги наменети за мешовит сообраќај (патници и предмети). 9. УБЛАЖУВАЊЕ НА НИВЕЛЕТАТА ВО ТУНЕЛИ Ублажување на нивелетата се прави во тунели кои се подолги од 00m, од причини што се смета дека на должини до 100 м во тунел од двете страни (излезно-влезен портал) нема додатен отпор од тунел. Значи, за да се одреди должината за ублажување треба од вкупната должина на тунелот да се одземаат 00 метри. Но тоа не е и единствената должина на која се ублажува нивелетата. Потребно е да се ублажи делницата пред влезот од тунелот на најмала должина која е еквивалентна на должината на возот (слика 9). При тоа се зема во предвид и дали возот е влечен од една локомотива или имаме двојна влеча со една потисна локомотива. Ако има и потисна локомотива, тогаш должината на ублажување која се зема за должината на возот (L v ) се дели на половина (L v /) (Слика 10). За тунели во кривина треба да се изврши и додатно ублажување на нивелетата во кривина. Ако е ублажениот наклон во тунелот i t на должина на ублажување на тунелот L ut, тогаш на делот на кривината, односно на должината на ублажување во кривината L uk додатно ублажениот наклон е i tk = i t w r w r е редуциран специфичен отпор од кривина кој може да се одреди од ' Lk wr wr Luk L u е должина на кружен лак, а L uk е должина на ублажување во кривината. При одредување на должина за ублажување треба да се води сметка да делниците во правец бидат подолги од 300m. Ако делниците во правец се помали од 300m тие се земаат во должината за ублажување на кривината, 140

односно важат истите правила како при ублажувањето во кривини на отворена пруга кога делницвите во правец се помали од 300m. Zona na otpori L t 100m 100m L v L ut Слика 9. Ублажување на нивелетата во тунели - случај на воз со една локомотива Zona na otpori L t 100m 100m L v / L v / L v L ut Слика 10. Ублажување на нивелетата во тунели - случај на воз со две локомотиви 141

9.3 ШТЕТНИ И НЕШТЕТНИ НАКЛОНИ, ИЗГУБЕНИ УГОРНИЦИ, СТРМА РАМПА Кога се движи возот по падови на нивелетата најекономичен пад ќе биде оној при кој нема да има потреба од кочење, односно падот е помал од падот на кочење, а тоа е кога i = w o + w r. Во овој случај влечната сила на ободот на тркалата е еднаква на 0. Низ овој пад возот ќе се движи рамномерно, влечната сила е еднаква на сумата од сите отпори и кочење не е потребно. Овој пад е т.н. пад на кочење ; при поголеми падови потребно е да се активира кочниот систем за поништување на дел од живата сила, односно акумулираната кинетичка енергија. 9.3.1 НЕШТЕТНИ НАКЛОНИ Ако падот i < w o +w r тогаш потребно е некоја мала влечна сила за одржување на хармонично движење. Овој наклон, кој може да биде колку и отпорите на движењето (основни и од кривина) се нарекува нештетен наклон. Во правец тој наклон е i w o, а во кривини i w o + w r, а нивниот лимит е падот на кочење. Ги нарекуваме нештетни наклони затоа што тие не предизвикуваат зголемување на транспортните трошоци во однос на возење по хоризонтала со иста должина. Ако локомотива со маса L a извлекува воз со маса Q по некоа делница со наклон и должина L на некоја височина H, тогаш се извршува следнава работа : A u = Z L = W L = [ L a w o + Q w o + (L a + Q) i ] L L a + Q = G ' '' La w0 Q w0 w0 G A u = (G w o + G i) L = G w o L + G H Кога возот се движи во обратен правец истиот наидува на наклон на пад и доколку не е потребно кочење ќе се изврши следнава работа: A p = G w o L - G H Сумата од работата во обете сообраќајни насоки е: A = A u + A p = G w o L Односно работата е иста со онаа извршена по две хоризонтални делници со наклон еднаков на 0. Ова значи дека од наклонот на нивелетата ништо не е загубено во однос на извршената работа (ова е случај и кога пренесуваниот товар и во двете насоки е со иста маса). Ваков случај имаме 14

кога наклоните не се поголеми од падот на кочење и истите се нештетни наклони. До истиот заклучок се доаѓа кога се воспостават и равенките за влечната сила во обете сообраќајни насоки На угорница : Z u = G (w o + w r + i) На пад : Z p = G (w o + w r - i) Средната влечна сила за двете возења е : Z sr Z u Z p G w0 wr Z 0 односно тоа е потребната влечна сила за возење по хоризонтала. Нештетните наклони не предизвикуваат зголемување на влечните сили, ниту зголемување на возните трошоци во однос на возење по хоризонтала. И кај пруги со вакви наклони може да се врши ублажување на нивелетата во кривини, но при тоа треба да се внимава да наклонот во правец не ги надмине отпорите на возот (i m w o ), а во кривините тој треба да биде смален за кривинскиот отпор (i r = w o w r ). Гранична величина на нештетните наклони е кога падот на кочење е еднаков на отпорите, кои пак зависат од брзината на возот (различна за товарни и патнички возови). Кај помали брзини на товарните возови може просечно да се земе дека w o = 3,5. Значи пруги со нештетни наклони за товарни возови се оние кои поминуваат во изразито рамничарски терени каде и кривините се незначително застапени. 9.3. ШТЕТНИ НАКЛОНИ Ако падот i> w o + w r ќе мора да се активира кочење со кое ќе треба да се поништи вишокот на акумулираната кинетичка енергија. При тоа се абат венците на тркалата и кочните педали, а се троши и работа за создавање на кочни сили. Вакви наклони се викаат штетни наклони, односно ако трасата е во правец штетен наклон е ако i > w o или во кривина ако i >w o +w r При тоа сумата на работата во обете насоки е : A = A u + A pk = G w o L +A t A t е работата на кочење со која се создава топлинска енергија (чист губиток). Истото се потврдува и со потребната влечна сила за возење во обете насоки (претпоставка е дека масата на товарот е иста и во двете насоки). Потребната влечна сила на угорница е: Z u = G (w o + w r + i) 143

При возење на пад потребна е одредена кочна сила (или негативна влечна сила): Средната влечна силе е: - Z pk = G (w o + w r - i) Zu Z pk Z sr G i Бидејќи овој пад е поголем од падот на кочење i >w o +w r, тогаш треба да е Z sr >Z 0 односно : Z sr =G i>g (w 0 +w r ) Од овде произлегува дека заштеда на влечната сила не може да се добие при возење на пад затоа што имаме потреба и трошоци од дополнително кочење. Кај овие падови додатни трошоци се јавуваат при возење во кривини кога наклонот е во угорница, но не и кога е возот во обратен смер (во тој случај кривинскиот отпор е полезен). Сите наведени теоретски разгледувања за нештетни и штетни наклони се валидни, но само ако усвоиме дека сообраќајот во обете насоки е еднаков. 9.3.3 ИЗГУБЕНИ НАКЛОНИ НА УГОРНИЦИ Изгубена угорница се нарекува таква угорница чиј што наклон има такво отстапување од единичниот наклон кое предизвикува зголемување на возните трошоци. Да разгледаме неколку возможности за нивелетско поврзување на две точки A и B (Слика 11). Првиот случај е кога нивелетското решение помеѓу двете точки (истите се на растојание L и висинската разлика помеѓу нив е H) е изведено со еден наклон на нивелетата. Големината на наклонот i s се добива како сооднос помеѓу висинската разлика и растојанието помеѓу двете точки, односно i s =H/L. Вториот и третиот случај се кога нивелетското поврзување на двете точки не е со единствен наклон, туку со два наклони кои се со различна насока или во иста насока. Значи помеѓу двете точки се јавува нова точка C, (односно C ) која го разделува единствениот наклон на два наклони и порано единечното растојание помеѓу двете точки исто така се поделува на два дела. 144

a) B i s H A L b) A C i i 1 i s B H H H 1 i s B H v) A i 1 C i H H 1 L 1 L Слика 11. Разгледувани три случаи на нивелтски решенија помеѓу две точки L За да го разгледаме влијанието на контранаклоните на нивелетата претпоставуваме дека трасата е во правец (нема кривини) и единствено имаме влијание од основните орпори од возилата и од додатен отпор од наклон на нивелетата. Разгледуваме два случаи : кога единствениот наклон i s е штетен и нештетен наклон. 145

- Случај кога единстевниот наклон i s не е штетен наклон Тоа е случај кога единствениот наклкон е помал од падот на кочење, односно i s <i k. Сумата на работата на локомотивата уторшена за движење на еден пар возови (два воза, односно по еден во секоја сообраќајна насока) е: A = A u + A p = G w o L A u работа на локомотивата кога возот се движи по дадена делница во угорница A p - работа на локомотивата кога возот се движи по истата дадена делница но во обратен смер, односно во пад на нивелетата G - маса на возот (локомотива + коли) w o - основен специфичен отпор на цел воз L - должина на делницата Ако единствениот наклон i s (кој не е штетен наклон) го разделиме (односно ја кршиме нивелетата) на два наклони i 1 и i од кои може едниот или и двата да се штетени наклони, тогаш сумата на работата за движење на пар возови во двете насоки е: A = A u + A p = G w o L + A t Каде A t е сума на работата потрошена за кочење (или количина на произведена топлинска енергија) на падовите поголеми од падот на кочење. Значи, имаме додатно потрошена работа на кочење како резултат на кршењето на нивелетата и примена на падови поголеми од падот на кочење, односно штетни наклони (на слика 11б штетни можат да бидат двата наклона i 1 и i, а на слика 11в штетен може да биде само наклонот i ). Ако двата нови наклони не се поголеми од падот на кочење, тогаш нема потреба од дополнителна работа за кочење и A t = 0. Во тој случај сумата на работата потрошена за движењето на пар возови со иста маса ќе биде иста по нивелетата со единствен наклон и кога нивелетата е со два наклони. - Случај кога единстевниот наклон i s е штетен наклон Единствениот наклон е штетен наклон кога истиот е поголем од падот на кочење, односно i s >i k. Работата на локомотивата при возење на возот по нагорница е: A u = G (w o + i s ) L 146

Да го разгледаме случајот кога наместо едноставен наклон имаме кршење на нивелетата со два контра наклони (слика 11б). За анализа земаме случај кога трасата е во правец и кога наклонот i е еднаков на падот на кочење: i = w o. Работата при возење во нагорница е: A u = G (w o + i 1 ) L 1 + 0 A u = G (w o + i 1 ) (L L ) A u = G [w o L - w o L + i 1 (L L )] A u = G (w o L - w o L + H 1 ) A u = G (w o L i L + H 1 ) A u = G (w o L H + H 1 ) A u = G (w o L + H) = G (w o + i s ) L Може да констатираме дека при возење на возот на нагорница со единствен наклон (i s >i k ) и при возење во угорница со наклони на искршена нивелета, работата е иста и нема изгубена угорница. A u = A u = G (w o + i s ) L Работата на пад при возење по делница со единствен наклон i s е A p = 0 затоа што имаме штетен пад на кочење при кој нема влечна сила туку потребно е кочење за поништување на дел од гравитационата сила. Работата на пад при возње по искршена нивелета, односно работата при движење на возот од точката B кон точката A е секогаш позитивна A p > 0, затоа што го има контранаклонот i (нагорницата дури и да е со нештетен наклон истата бара работа на локомотивата). Вишокот на работа на пад за совладување на контранаклонот i е: A p = G (i L ) = G H. Само во случај кога наклонот i е во исти смер со наклонот i 1 (Слика 11в) и истиот е поголем од падот на кочење (штетен наклон), работата на возење во пад на нивелетата ќе биде иста како и работата на возење на пад по единствен наклон i s. Тоа значи дека ако единстевниот наклон i s е штетен наклон, тогаш секој контранаклон претставува изгубена нагорница. Горниве анализи на трите случаи на нивелетско решение покажуваат дека пругата нема изгубени нагорници кога: - наклонот на нивелетата е без прекршувања (имаме случај на единствен наклон) без разлика на големината на тој наклон, - кога сите наклони на искршената нивелета се помали од падот на кочење (случај на нештетни наклони), - кога сите наклони на искршената нивелета се поголеми од падот на кочење, но истите се со ист смер (сите се во нагорница или во пад). Големината на сообраќајот по сообраќајна насока во овој случај нема влијание. 147

Како заклучок може да констатираме дека на пруги чија траса се протега во рамници, решението на нивелетата со контранаклони до границата на нештетниот наклон не е лошо решение, додека кај ридчести пруги со штетни наклони, треба да се избегнуваат решенија со контранаклони. Можен е неповолен случај на решение кога со кршење на нивелетата добиваме штетни наклони во исти смер, затоа што некои од овие наклони ќе мора да биде поголем од единствениот наклон. Тоа бара поснажна локомотива, односно за иста работа потребно е да имаме полесни возови или поголеми влечни сили. За најекономично работење на локомотивата потребно е да се тежи да се направат такви решенија на нивелетата кои даваат линија на еднакви отпори, односно треба да се настојува да се добијат што подолги делници со единствен наклон, односно наклони блиски до меродавниот наклон на угорница. 9.3.4 УРАМНОТЕЖЕНИ НАКЛОНИ НА УГОРНИЦИ Најчесто обемот на товарите за транспорт по пругата не е ист за двете сообраќајни насоки, односно имаме главна (со поголем обем на сообраќај) и споредна сообраќајна насока. Бидејќи железничкиот сообраќај се одвива со парови на возови во двете насоки, може да се добие соодносот на наклонот на угорница во споредна насока со оној во главна насока. Или со други зборови, помалиот транспортен волумен во споредната насока бара помала маса на возовите, кое што пак дава можност да имаме поголем наклон на угорница i ms во споредна насока. Ова е поволно решение за целосно искористување на влечните карактеристики на една и иста локомотивата со која сообраќаат возовите и во двете насоки. Урамнотежените наклони на угорници во двете насоки (i mg во главна сообраќајна насока и i ms во споредна сообраќајна насока) може да се добијат од условот за еднаквост на влечната сила при движење по меродавна угорница во двете насоки, односно : Z e W ' o Q g w '' o ' '' La Qg img Wo Qs wo La Qs ims i ms L Q i Q Q a g mg L a Q s g s w '' o во ( ) i mg меродавен наклон на угорница во главна сообраќајна насока i ms меродавен наклон на угорница во споредна сообраќајна насока Q g маса на возот (без локомотива) во главна сообраќајна насока. Истата се одредува во функција од максималниот дневен бруто сообраќај во главна насока и бројот на парови товарни возови, односно: 148

Dg Qg nt Q s маса на возот (без локомотива) во споредна сообраќајна насока. Истата се одредува во функција од максималниот дневен бруто сообраќај во споредна насока и бројот на парови товарни возови, односно: Ds Qs n w o е специфичен основен отпор на колите за критична брзина W o е вкупен основен отпор на локомотивата при критична брзина L a - е маса на локомотивата Урамнотежениот наклон на угорница во споредна сообраќајна насока може да се добие и директно преку формулата за најповолен наклон на угорница, но со маса на вагоните во состав на возот во споредна сообраќајна насока. i ms Z e W L Z e е ефективна влечна сила (dan) на локомотивата при возење со критична брзина. ' o a t Q Q 9.3.5 ЗАСИЛЕНИ НАКЛОНИ НА УГОРНИЦИ (НАКЛОНИ ЗА ЗАСИЛЕНА ВЛЕЧА) Одредени делници од пругата може да бидат со доста големи наклони на угорница. Ако сакаме да ги намалиме овие наклони мора да ја развиваме трасата, односно за спојување на две точки со дадени коти треба да ја зголемиме должината на трасата. Вакви решенија со развивање на трасата ќе изискуваат поголем обем на градежни работи и изградба на повеќе вештачки објекти. Во такви случи може да биде пооправдано преоктирање на нивелетата со засилен наклон на угорница кој е поголем од меродавниот наклон, односно наклон на засилен влеча (двојна или тројна влеча). Засилениот наклон на угорница за влеча со повеќе локомотиви може да се пресмета со формулата за одредување на најповолен наклон на угорница, со тоа што се внесува во истата бројот на локомотивите во составот на возот. i z n Z e n L a ' o n W s s Q w '' o Q w '' o 149

n - е број на локомотиви Q - е маса на возот (без локомотива) одредена за проста влеча по меродавен наклон Примената на засилени наклони на угорници може да биде економски оправдана само ако овие наклони се применат на две меѓустанични растојанија или на едно меѓустанично растојание. 9.3.6 СТРМА РАМПА (НАКЛОН НА НАЛЕТОТ) Под поимот стрма рампа се подразбира релативно кус потег со наклон на нивелетата во угорница i кој е поголем од меродавниот наклон на угорница пругата (i>i m ) (Слика 1). i i m i>i m H H i 1 i m L Слика 1. Наклон на стрма рампа Овие стрми рампи се совладуваат при возење на наклони на угорница без зголемување на потрошувачката на енергија, туку само со делумно исползување на акумулираната кинетичка енергија на возот со тоа што се намалува брзината на движење. При движење на возовите со големи брзини и по делници со меродавен наклон на угорница (случаи на електрифицирани железници) може да се примени стрма рампа. Електрифицираните железници овозможуваат да се крши нивелетата со примена на стрми рампи за да се совладаат локални висински пречки, без при тоа да има последици во однос на влечата. Должината на овие рампи е дотолку поголема колку се брзините на движење поголеми. Ова е особено важно при проектирање на брзи пруги каде има чести вкрстувања со други сообраќајници. Кај нови пруги стрмите рампи наоѓаат примена при трасирање на пруги за големи брзини (пругата на TGV Париз-Лион, каде наклонот на стрма рампа 150

е 35, но на куса делница од 4km). При проектирање на стрмите рампи потребно е да се одредат елементите на стрма рампа (висината H и дожината L) Разгледуваме случај кога наклонот пред и после стрмата рампа е помал или еднаков на меродавниот наклон на угорница (слика 1). Од условот да работата на совладување на вишокот на отпор (заради додатниот отпор за дополнително искачување на возот) е еднаква на губитокот на кинетичката енергија добиваме : G H V m 1000 G H 1000 G 1 V1 V 1,06 g 3,6 3,6 H V1 V 1,06 g 3,6 3,6 H 0,00417 V V ( ) 1 m Наклонот на стрмата рампа i е поголем од меродавниот наклон i m, односно i i m i s H 4,17 V V i 1 s ( ) L L Должината на стрмата рампа е: 4,17 V1 V L i i m ( m) Додатокот на искачувањето е: i i L (m) H m При проектирањето на стрмата рампа обично се усвојува (или е дадена) една димензија на рампата (или должината на рампата L или додатокот на искачувањето H) а другите елементи на страмата рампа се одредуваат преку претходните обрасци. Во обрасците имаме одредени упростувања затоа што основниот отпор на движење на возот пред рампата и на крајот на рампата се зема да е иста величина, но знаеме дека истиот зависи многу од брзината на движење и е поголем пред рампата, а помал кога возот е на излез од рампата. Разликата е помала кога имаме помала разлика во брзините. Затоа може да ја одредиме средната големина на влечната сила Z sr 4,17 V V L 1 Q L w i K K ( dan) a o( sr) 151

Бидејќи немаме прираст туку опаѓање на кинетичката енергија, односно брзината паѓа од големина V 1 на помала брзина V и ако ги замениме знаците добиваме: Z sr 4,17 V V ( sr) dan L 1 Q L ( w i) K K ( ) a o Масата на возот кој би можел да се превлече преку стрмата рампа со користење на кинетичката енергија е : Q ( w o( sr) Z sr 4,17 i) L a V V 1 L (тони) Решавањето на овие равенки е најдобро да се направи со постапно давање на вредности во мали интервали на паѓање на брзината од 5 до 10 км/час затоа што може да има и голема разлика помеѓу брзините на почетокот и после стрмата рампа. Секако, за да направиме вакви пресметки потребно е да имаме усвоено локомотива (со позната маса La) и да се одредени елементите на стрмата рампа. Но, може да постапиме и поинаку, односно Z sr доколку влечната сила ја знаеме и земеме како специфична ( zsr ), Q La може да ги одредиме елементите на рампата: Наклонот на стрмата рампа 4,17 V 1 V z w i sr o( sr) ( ) L и должината на стрмата рампа 4,17 V1 V L w i z o( sr) sr (m) Овие равенки се применуваат за решавање на практични проблеми при проектирањето. 15

БИБЛИОГРАФИЈА 1. Simon Iwnicki, Handbook of railway vehicle dynamics, 006, Published by CRC Press Taylor & Francis Group, USA (http://www.crcpress.com). V.A. Profilidis, Railway Management and Engineering, Asghate Publishing Company, USA, 006 3. Zdenka Popović, Osnove projektovanja železničkih pruga, Građevisnki fakultet, Beograd, Srbija, 004. 4. R. Rivier, 1997, Le véhicule ferroviaire et sa dynamique, policopie de cours, l ITEP-EPFL, Laussane, Suisse 5. M. Исаевски, 1984, Железници - прв дел, железнички возила и влеча - печатени предавања, УКИМ-ГФ, Скопје, Р. Македонија 153