دانلود پایان نامه بررسی انواع سیستم حمل و نقل ریلی (قطار شهری)

دانلود پایان نامه و مقاله سیستم حمل و نقل ریلی درون شهری با بهترین کیفیت
اصطلاحات و تعاریف مربوط به خطوط ریلی
روسازی : بدنه اصلی یک راه آهن است که وظیفه تحمل، انتقال و توزیع بار وارده از چرخ های وسائط نقلیه ریلی به بستر زیر سازی را بر عهده دارد. روسازی متداول خطوط ریلی از دو ریل ممتد و موازی، تراورس های زیر ریل، لایه بالاست و زیر لایه بالاست، ادوات اتصال ریل ها و تراورس ها، … و عایق بندی آن ها تشکیل می شوند. بستر یا زیر سازی آهن: بالاترین سطح زیر سازی است که روسازی راه آهن بر روی آن قرار میگیرد.
قطعه (بلاک): معمولاً به فاصله بین مبادی ورودی و خروجی بین ایستگاه ها و مراکز علائم و کنترل قطارها در خطوط راه آهن گفته می شود که در آن واحد یک وسیله نقلیه (در شرایط و خطوط عادی) می تواند در آن قرار داشته باشد. اخیراً با پیشرفتهای تکنولوژی که در رابطه با علائم و ارتباطات و کنترل قطارها صورت گرفته است مدل بلاک یا قطعه متحرک مطرح شده که از نظر بهره برداری از خطوط، کاربرد و اهمیت فراوانی پیدا کرده است. عرض خط یا گیج: کوچکترین فاصله عرضی بین لبه های داخلی دو ریل از عمق ۱٤ میلیمتری از سطح فوقانی آن ها است. انواع رایج عرض خط عبارتند از :
• عرض خط استاندارد (معمولی یا کامل) برابر ١٤٣٥ میلیمتر
• عرض خط پهن (عریض) بیشتر از ١٤٣٥ میلیمتر
• عرض خط متریک ١۰۰۰ تا ۱۴۳۰میلیمتر
• عرض خط باریک کمتر از ١۰۰۰ میلیمتر
بار محوری: حد بالای برآیند بارهای قائم وارده از یک چرخ- محور هر وسیله نقلیه ریلی به ریل ها، در وضعیت سکون و بدون در نظر گرفتن اثرات دینامیکی آن، بار محوری نام دارد. بار محوری از تقسیم بیشترین وزن ناخالص وسیله نقلیه ریلی بر تعداد محورهای آن محاسبه می شود.
بار طولی وسیله نقلیه: بار وارده بر هر متر طول روسازی است و از تقسیم وزن ناخالص وسیله نقلیه عبوری به طول آن (از ابتدای تامپون های یک طرف تا انتهای تامپون های طرف دیگر در وضعیت آزاد) محاسبه می شود. بار ناخالص سالانه: وزن ناخالص ناوگان عبوری از یک محور در یک سال است که شامل وزن ناخالص رفت و برگشت ناوگان باری، مسافری و عملیاتی می باشد.
سرعت طرح: بیشترین سرعت مجاز مورد نظر در یک خط است که مشخصات هندسی مسیر براساس آن محاسبه و طراحی می شوند.
فراز یا شیب طولی خط: تغییر تدریجی فراز خط در امتداد آن است که از تقسیم اختلاف ارتفاع به طول متناظر با آن بدست می آید. معمولاً فراز خط بر حسب درصد یا در هزار بیان می شود.
شیب عرضی خط (دِور): اختلاف ارتفاع عرضی دو ریل نسبت به همدیگر که برای جبران یا کاهش آثار نیروی گریز از مرکز ناوگان عبوری در قوس ها منظور می شود را می گویند. دور براساس شعاع قوس، سرعت ناوگان عبوری و با توجه به مقادیر حدی شاخص بار واژگونی، خروج از خط، راحتی سفر و تنش مجاز وارده به اجزاء خط و وسائط نقلیه عبوری محاسبه می شود.
ریل ها: عناصر اصلی روسازی خطوط می باشند که حرکت چرخ های وسائط نقلیه ریلی بر روی آن ها صورت میگیرد. ریل ها اصلی ترین و آنی ترین نقش در اندرکنش خط با وسلئط نقلیه را بازی می کنند.
تراورس ها: تیرهای عرضی زیر ریل در خطوط ریلی می باشند که از جنس چوب، فولاد، بتن، پلاستیک های فشرده، سرامیک یا ترکیب آن ها ساخته شده و ریل ها بر روی آن ها تثبیت می شوند. در مرتبه ای بعد از ریل ها، تراورس ها در اندرکنش دینامیکی خطوط و وسائط نقلیه حائز بیشترین اهمیت اند.
پابندها: وسایلی برای اتصال ریل ها به تراورس ها می باشند که وظیفه تثبیت ریل ها بر روی تراورس ها و جلوگیری از حرکت طولی، عرضی، دورانی و کمانش قائم و جانبی آن ها را دارند.
لایه بالاست: لایه ای از دانه های درشت سنگی یا سرباره کوره های ذوب آهن با ابعاد۲۰ تا ۶۰ میلیمتر می باشد که بعنوان یک تکیه گاه مناسب شناور برای تثبیت تراورس ها در نظر گرفته می شود.
زیر لایه بالاست: لایه میانی بین لایه بالاست و بستر خط است که از دانه های ریز شن، ماسه و خاک تشکیل شده و مانع نفوذ و فرورفتن قطعات بالاست در بستر روسازی و نیز موجب توزیع بهتر بارهای خارجی وارده بر خط و تسریع زهکشی آب باران می شود. ]۱[
فصل سوم- ترمز وسائط نقلیه ریلی۳-۱- مقدمه
در طراحی ساخت و بهره برداری وسایط نقلیه ریلی از انواع مختلف سیستم های ترمز استفاده می شود.انتخاب نوع سیستم ترمز به فاکتور هایی مانند نیروی ترمزی، وزن وسیله نقلیه ریلی، شاخص های ایمنی و قابلیت اطمینان و مسایل اقتصادی که در طراحی و ساخت و تعمیرات و نگهداری پیش می آید بستگی دارد. بدین جهت تاکنون سیستم های ترمز مختلفی طراحی و ساخته و بکارگرفته شده و تلاش در جهت افزودن قابلیت های عملکردی آنها همچنان ادامه دارد. اندازه گیری قابلیت یک سیستم ترمز در مقایسه با انواع دیگر آن براساس معیارهایی صورت می گیرد که به تعدادی از آنها در زیر اشاره خواهد شد.
• قابلیت اعمال حداکثر نیروی ترمزی در یک محدوده زمانی مشخص و کوتاه
• میزان عدم وابستگی ماکزیمم نیروی ترمزی به سرعت حرکت وسیله نقلیه ریلی
• سرعت انجام ترمز و آزاد سازی آن میزان یکنواختی ترمزگیری و آزادسازی در طول قطار از نظز رفتار دینامیکی قطار
• طول عمر و مقاومت بالای اجزا و قطعات یدکی و نیز سهولت در تعمیر و نگهداری آنها
• امکان اعمال ترمز تدریجی و اضطراری
• امکان اعمال ترمز اتوماتیک
• قابلیت تنظیم نیروی ترمزی متناسب با وزن وسایط نقلیه ریلی
• قابلیت بازیابی انرژی
• قابلیت استفاده موثر و همزمان با دیگر سیستم های ترمز ]۲[
بر این اساس سیستم های مختلف ترمز از آغاز استفاده از حمل و نقل ریلی تا به حال ساخته و بکار گرفته شده است. بسیاری از این سیستم ها به دلایل مختلفی همچون کارایی و کیفیت عملکرد نامناسب و بازدهی پایین وایمنی و عدم قابلیت کاری ناکافی و… کنارگذاشته شده و بندرت مورد استفاده قرار میگیرند. انواع سیستم های ترمز مرسوم و معمول امروزی نیز هرکدام دارای نقاط قوت وضعف زیادی می باشند. از این رو در صنعت حمل ونقل ریلی معمولا ترکیبی از سیستم های مختلف ترمز همزمان بکار گرفته می شود تا حتی المقدور در سیر و حرکت قطارها افزایش یابد.
۳-۲- انواع مختلف سیستم های ترمز وسائط نقلیه ریلی۳-۲-۱- سیستم های ترمز سایشی
سیستم های ترمز سایشی انواع مختلف هوایی و خلایی و هیدرولیکی را شامل می شوند. در سیستم های ترمز هوایی به دلایل زیر از هوای فشرده به عنوان سیال عامل استفاده می گردد:
• هوا بعنوان سیال عامل به مقدار کافی در دسترس می باشد.
• نوسانات درجه حرارت محیط تاثیر چندانی بر خواص عملکردی هوا ندارد.
• هوای فشرده باعث انفجار و آتش سوزی نشده نیازی به تاسیسات حفاظتی نمی باشد.
سیستم های ترمز هوایی بر اساس نحوه عملکردشان به انواع مختلف ترمز هوایی مستقیم (غیر اتوماتیک) و ترمز هوایی غیر مستقیم (اتوماتیک) و هوایی- الکتریکی معمولی و نوع پیشرفته دسته بندی شده اند. ]۲[

الف) سیستم های ترمز هوایی مستقیم(غیر اتوماتیک)
سیستم های ترمز هوایی غیر اتوماتیک یا مستقیم ساده ترین نوع سیستم ترمز در وسائط حمل و نقل ریلی میباشد که در سال های اولیه استفاده از راه آهن توسط وستینگ هاوس ابداع شد. اجزاء اصلی این سیستم عبارتند از:
• کمپرسور به منظور تامین هوای فشرده
• مخزن اصلی وا برای ذخیره هوای فشرده
• لوله اصلی هوا و اتصالات مربوط برای انتقال هوای فشرده به داخل سیلندرهای ترمز
• کفشک ترمز برای اعمال نیروی موثر ترمزی به چرخ – محورها خواهد شد. ]۲[

ب) سیستم های ترمز هوایی غیرمستقیم(اتوماتیک)
بدلیل معایبی که برای سیستم ترمز هوایی مستقیم اشاره شد سیستم ترمز هوایی اتوماتیک در سال ۱۸۶۳ توس وستینگ هاوس ابداع و طراحی شد. سیستم ترمز غیر مستقیم علاوه بر اجزایی که یک سیستم ترمز مستقیم دارد شامل یک شیر توزیع و نیز یک مخزن کمکی هوا می باشد. مهمترین مزیت این سیستم اتوماتیک بودن آن می باشد. بدین شکل که در حالتهای غیر طبیعی و بحرانی (برای مثال گسیختگی قطارها) با کاهش فشار ناگهانی فشار لوله اصلی ترمز انجام می گیرد. درسیستم های ترمز اتوماتیک نیزعمل ترمزگیری واگن های یک قطار در مقایسه با سیستم ترمزنوع مستقیم بطور قابل ملاحظه ای کمتر است. ]۲[

۳-۲-۲- سیستم های ترمزغیرسایشی
هزینه مربوط به خسارات ناشی از سایش در صنعت حمل ونقل ریلی سیار قابل توجه می باشد. دراین رابطه سهم سایش در سیستم های ترمز قابل توجه بوده لذا جهت کاهش آن سعی در استفاده از سیستم های غیر سایشی میشود. سیستم ترمز غیر مستقیم دو نوع مختلف دینامیکی (الکترودینامیکی) و هیدرودینامیکی را شامل می شود. ]۲[

سیستم های ترمز دینامیکی
عموماً در وسائط نقلیه ریلی کشند دیزلی و برقی سیستم های انتقال قدرت و اعمال نیری کشش از نوع الکتریکی می باشد. در لکوموتیوهای نوع برقی انرژی الکتریکی بوسیله پانتوگراف از شبک مدارات تغذیه بالاسری و یا ریل سوم دریافت شده و با استفاده از سیستم های انتقال قدرت به تراکشن موتورها منتقل می شود.
اصول عملکرد سیستم ترمز هیدرودینامیکی: سیستم ترمز هیدرودینامیکی دارای یک موتور با پره های زاویه دار است که بر روی محور محرک خروجی جعبه دنده (که همواره مرتبط با چرخها است) قرار داده می شود. همچنین این مجموعه دارای یک استاتور پره داری که بر روی پوسته جعبه دنده صلب شده است می باشد که نقش اساسی را در اعمال ترمز بازی می کند. ]۲[

۳-۲-۳- سیستم های ترمز ترکیبی
در مواردی به دلیل گستردگی و تنوع شرایط سیر و حرکت وسائط نقلیه ریلی و همچنین محدودیت های عملکردی سیستمهای ترمز، ممکن است بکارگیری یک نوع سیستم ترمز جوابگوی نیازهای بهره برداری و همچنین ضرورت های ایمنی حرکت قطارها نباشد. در اینگونه موارد با توجه به نوع و شرایط سیر قطارها معمولاً چند سیستم ترمز بصورت یک سیستم ترمز ترکیبی در کنارهم بکار گرفته می شوند در زیر به چند نوع سیستم ترمز ترکیبی متداول اشاره می شود. ]۲[

الف) سیستم های ترمز ترکیبی سایشی – دینامیکی
سیستم ترمز دینامیکی تنها در محدوده سرعت مشخصی قابلیت اعمال نیروی ترمزی مؤثر مناسبی را دارد. بر عکس ترمز هوایی در محدوده وسیع تری ازسرعت قابلیت اعمال نیروی ترمزی مؤثری دارد اما این المنهای اصطکاکی بهره می برد خرابی این المنها موجب بالا رفتن قابل توجه هزینه های تعمیر و نگهداری خطوط و وسائط نقلیه می شود. بنابراین برای آن که پروسه ترمزگیری بالاترین بازدهی و کارایی را داشته باشد می توان از این دو سیستم ترمز بصورت تو أمان استفاده کرد. در این صورت نقاط ضعف هر یک از سیستم های ترمز توسط دیگری تحت پوشش داده می شود. ]۲[
متفاوت بودن سیستم ترمز واگنهای تشکیل دهنده قطارها
در پروسه ترمز گیری قطارهایی که از واگنهای با سیستم های ترمز مختلف تشکیل می شوند به دلیل متفاوت بودن مشخصات کاری این سیستم ها اندرکش شدیدی بین واگنهای متوالی بوجود می آید. برای مثال در بعضی از راه آهن ها ممکن است به دلایلی قطارهای باری بصورت ترکیبی از واگن ها یی با سیستم ترمز روسی و کنوری تشکیل شود. در این صورت از آنجا که در سیستم ترمز واگن های روسی زمان حصول ماکزیمم نیروی ترمزیدر حدود ۸ تا ۱۵ ثانیه و درسیستم ترمز کنوری این زمان در حدود ۲۰ تا ۳۰ ثانیه می باشد نا هماهنگی شدیدی در ترمز واگن های تشکیل دهنده قطارها ممکن می گردد. مضافاً که نیروی ماکزیمم سیلندر ترمز و نسبت اهرم بندی ترمز برای این دو نوع سیستم نیز متفاوت است. ]۲[
سیستم های تغذیه الکتریکی در حمل و نقل ریلی

۴-۱- مقدمه
توسعه و بهبود شبکه‌های ریلی، از راههای گوناگون و با اجرای پروژه‌های مختلف محقق می‌شود. یکی از این راه‌حل ها، ارتقاء خطوط موجود راه‌آهن از طریق برقی کردن آنهاست.
با برقی کردن یک خط و جایگزینی انرژی الکتریکی به عنوان منبع تأمین نیروی محرکه؛ مزایای متعددی حاصل می‌شود. اصلی‌ترین مزیت این جایگزینی، افزایش نسبت توان کشش به بار در مقایسه با وضعیت پیشین است. همچنین در لکوموتیوهای برقی که مجهز به تراکشن موتور۱ هستند، افزایش یا کاهش سرعت با کارآیی بسیار بالاتری انجام می‌شود.
برخی دیگر از مزایای برقی کردن خط به اختصار عبارتند از:
• نیاز به تعداد لکوموتیو کمتر به دلیل بالاتر بودن نسبت توان کشش به بار
• هزینه کمتر بهره‌برداری و نگهداری لکوموتیو و واگن
• بالاتر رفتن حد سرعت
• کاهش اثرات منفی بر محیط زیست؛ این مزیت حتی در صورت استفاده از برق تولیدی توسط سوختهای فسیلی نیز صحت دارد.
• کاهش آلودگی صوتی
مجموعه هاي قطار شهري در تمام شهرها با بهره گيري از انرژي الكتريكي كار مي كنند و سيستم تامين برق براي چنين مجموعه هايي بسيار حياتي و قابل توجه است چون بدون وجود برق، تمام بخشهاي مجموعه قطار شهري از كار و حركت باز مي ايستند لذا دست اندركاران نبايد سيستم تامين برق مجموعه هاي قطار شهري را يك بخش فرعي و درجه ۲ تلقي نمايند بلكه اهميت اين بخش را چه از نظر فني و چه از نظر اقتصادي همسان با ساير بخشهاي مهم مانند بخشهاي اجرايي تونل ، ايستگاه ها و … بدانند. زيرا نگرش درست به بخشهاي مختلف يك مجموعه و تلقي از اهميت و جايگاه هر يك از بخش ها باعث برنامه ريزي و تصميم گيري هاي صحيح خواهد شد.

________________________________________
۱ Traction Motor
در این فصل سعی می گردد پارامترها و عوامل مهم و موثر از نقطه نظر سیستم های انتقال قدرت و نیز روش های مختلف تولید و انتقال آن بررسی گردد. بطور کلی پست ها و خطوط انتقال انرژی به دو دسته کلی AC و DC تقسیم میشوند. امروزه با پیشرفت های مختلفی که در زمینه تکنولوژی تراکشن موتورها و نیمه هادی ها صورت پذیرفته، سیستم های مختلف انتقال و تبدیل انرژی الکتریکی ابداع و بکار رفته است.
قابل ذکر است که تعیین نوع شبکه انتقال قدرت بستگی به عوامل متعددی به شرح زیر دارد.
• نوع سیستم حمل و نقل (مترو، قطار سبک شهری و …)
• نیازها و درخواست های بهره برداری
• مشخصات فیزیکی مسیر
• منابع و شبکه های الکتریکی موجود در کشور
• سطح تکنولوژی مورد نظر و موجود تراکشن موتورها و واگن ها (اعم از نوع کانورتر، موتور تراکشن، دستیابی به انرژی ترمزی)
تا قبل از دهه ۶۰ میلادی و کشف و توسعه تکنولوژی نیمه هادی ها، محدودیت های بسیار زیادی برای خطوط انتقال قدرت وجود داشت و نوع تراکشن موتورها براساس نوع خط انتقال تعیین می شد. پیشرفت های علم نیمه هادی ها کمک فراوانی به طراحی پست ها و خطوط انتقال و ظرفیت بیشتر قطارها نمود. امروزه در اکثر سیستم های حمل و نقل ریلی جدید از این تجهیزات در طراحی پست ها و انتقال انرژی استفاده می شود. برا این اساس، سیستم های مختلف خطوط انتقال قدرت، پست های کششی و اجزاء مربوط به آنها مطرح شده که در این فصل توضیح داده خواهد شد. ] ۳ و ۹[