Инструкция оценки состояния скоростных и высокоскоростных участков пути по критериям плавности хода
(утв. и введена в действие Распоряжением ОАО «РЖД» от 22.01.2019 № 93/р)
Примечание
Документ введен в действие с 1 мая 2019 года (Распоряжение ОАО «РЖД» от 22.01.2019 № 93/р).
Утверждена и введена в действие Распоряжением ОАО «РЖД» от 22 января 2019 г. № 93/р
ИНСТРУКЦИЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ СКОРОСТНЫХ И ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ УЧАСТКОВ ПУТИ ПО КРИТЕРИЯМ ПЛАВНОСТИ ХОДА
1. Область применения
1.1. Настоящая инструкция по оценке состояния скоростных и высокоскоростных участков пути по критериям плавности хода (далее — Инструкция) регламентирует порядок дополнительной оценки состояния пути на линиях скоростного и высокоскоростного движения поездов на участках с различными показателями комфорта пассажиров в соответствии с СТО РЖД «Услуги на железнодорожном транспорте. Метод оценки влияния ускорений на комфорт пассажиров в поездах» (далее — СТО) [1].
1.2. Комфорт в части воздействующих на пассажира ускорений определяется тремя составляющими: параметрами устройства и фактического состояния железнодорожного пути, проектными и фактическими характеристиками подвижного состава, режимом ведения поезда, включая величину скорости. Отнесение величин ускорений по указанным видам составляющих и порядок работы по улучшению показателей комфорта в части подвижного состава и режима ведения поезда определяются другими нормативными документами.
1.3. Действие Инструкции распространяется на участки пути линий специализаций «высокоскоростная железнодорожная линия» (В) и «скоростная железнодорожная линия» (С) в соответствии с [2], где пассажирские поезда движутся со скоростями более 140 км/ч до 250 км/ч.
Инструкция дополняет Положение о порядке контроля состояния главных и станционных путей путеизмерительными средствами [3].
2. Термины и определения
Высокоточная координатная система: составная часть инфраструктуры железнодорожного транспорта, включающая опорную геодезическую сеть и средства определения дифференциальных поправок глобальных навигационных спутниковых систем и выдачи их потребителям.
Геометрия рельсовой колеи: параметры, характеризующие положение рельсовых нитей в профиле, плане, по уровню и по ширине колеи.
Комфорт: субъективное ощущение хорошего самочувствия в условиях воздействия внешних факторов, включая ускорения, вибрацию, толчок.
Комфортные условия во время движения: совокупность ощущений, испытываемых пассажиром во время действия колебаний и/или сил инерции, вызванных колебаниями корпуса рельсового транспортного средства.
Мобильные средства диагностики (МСД): путеизмерительные средства с осевой нагрузкой на путь более 10 тонн (путеизмерители на базе вагонов, локомотивов, электропоездов, автомотрис).
Неисправность параметров рельсовой колеи: отклонение от номинальных значений параметров рельсовой колеи, требующее ограничения допустимой скорости или закрытия движения поездов.
Отступление в параметрах рельсовой колеи: отклонение от номинальных значений параметров рельсовой колеи величиной, при которой не требуется ограничение допустимой скорости движения, но подлежащее устранению в плановом или первоочередном порядке.
Параметры содержания пути: геометрические показатели рельсовой колеи и состояния рельсовых нитей (износа рельсов, стыковых зазоров и т.д.), подлежащие содержанию в установленных допусках и приведению к ним при текущем содержании пути.
Плавность хода: характеристика колебательного процесса подвижного состава во время движения, имеющая качественную оценку для пассажирских вагонов, соответствующую внутренним ощущениям пассажира по установленным показателям комфорта.
3. Основные положения
3.1 Необходимость введения настоящей Инструкции вызвана:
расширением в ОАО «РЖД» полигона и объемов скоростного и высокоскоростного движения поездов, увеличением протяженности путей, по которым поезда следуют со скоростями более 140 км/ч;
повышением требований к комфортным условиям передвижения в пассажирских поездах;
разработкой СТО РЖД «Услуги на железнодорожном транспорте. Метод оценки влияния ускорений на комфорт пассажиров в поездах» [1].
3.2. Настоящая Инструкция предназначена для железнодорожных путей, по которым осуществляется движение поездов со скоростями: скоростных — до 200 км/ч, высокоскоростных — до 250 км/ч.
Требования настоящей Инструкции применяются при оценке состояния пути скоростных и высокоскоростных линий ОАО «РЖД» в части уровня комфорта пассажиров (пп. 5.3 - 5.7), который определяется на основе измерений ускорений в кузове скоростных (высокоскоростных) поездов прибором для проведения измерений ускорений.
3.3. Показатели комфорта пассажиров не связаны с нарушением безопасности движения и состояние участков, на которых они выявлены, не требуют ограничения установленной скорости. Однако на этих участках необходимо проведение дополнительного анализа состояния пути с рассмотрением целесообразности планирования выправочных или других видов работ.
3.4. Для проведения дополнительного анализа оценки состояния пути используются данные мобильных средств диагностики (далее — МСД) — путеизмерителей КВЛ-П, ЦНИИ-4, ДЕКАРТ, комплексов ЭРА, ИНТЕГРАЛ, ИНФОТРАНС-ВЕЛАРО Rus, и материалы базы данных КСПД ИЖТ в части фактических параметров железнодорожного пути в координатном пространстве.
3.5. Показатели комфорта рассчитываются согласно требованиям СТО на основании ускорений, полученных прибором для проведения измерений ускорений, устанавливаемым в высокоскоростных, скоростных и пассажирских поездах по заказу Департамента управления бизнес-блоком «Пассажирские перевозки».
4. Требования к прибору для проведения измерений ускорений
4.1. Прибор для проведения измерений ускорений должен соответствовать требованиям п. 5.4 СТО.
4.2 Прибор для проведения измерений ускорений должен состоять из:
блока трех акселерометров, измеряющих ускорения в продольном, поперечном и вертикальном направлениях с частотами от 0 до 80 Гц. Точностные характеристики канала данных измерений ускорений:
- допускаемая приведенная погрешность +/- 5%;
- максимальная погрешность единичного измерения не более +/- 5%;
- основная приведенная погрешность амплитудной характеристики канала данных («линейная ошибка») не более +/- 2,5%;
датчика определения угла поперечного крена кузова (и датчика определения угла продольного наклона кузова — для варианта измерения ускорений на полу вагона с последующим пересчетом на уровень сидения кресла). Допускаемая погрешность измерения углов может составлять не более +/- 0,5°, допускаемая погрешность измерения линейных размеров может составлять не более +/- 1 мм;
блока координатной привязки к высокоточной координатной системе ОАО «РЖД» (далее — ВКС) в составе комплексной системы пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта (КСПД ИЖТ) с использованием приемников ГЛОНАСС/GPS (опционально);
микропроцессора, выполняющего обработку сигналов от акселерометров и приемников ГЛОНАСС/GPS, вычисление показателей комфорта среднего, постоянного, в кривых и по дискретным событиям (допускается постобработка), с привязкой к ВКС (опционально) и к путейскому пикетажу с погрешностью не более +/- 1 м;
блока записи результатов на электронный носитель.
5. Перечень оцениваемых параметров плавности хода (показатели комфорта пассажиров)
5.1 Комфортные условия пассажиров во время движения разделяются на следующие составляющие:
а) усредненное ощущение, основанное на восприятии вибрации, действующей в течение длительного периода времени, определяющее показатели среднего и постоянного уровня комфорта;
б) квазистатическое боковое ускорение за счет искривления пути, скорости его изменения и крена кузова, определяющие показатель комфорта при прохождении кривой;
в) мгновенное ощущение, вызванное изменением усредненного ощущения, вследствие краткосрочного воздействия (например, вследствие изменения уровней ускорений в различных плоскостях), определяющее показатель комфорта при дискретных событиях.
5.2 Для оценки состояния участков пути с учетом комфорта пассажиров используются показатели (таблица 5.1):
- показатели среднего и постоянного комфорта, который оценивается по значениям величин трех ускорений: в продольном, поперечном и вертикальном направлениях;
- показатель комфорта при прохождении кривой, который оценивается по значению величины ускорения в поперечном направлении, скорости его изменения и крена кузова;
- показатель комфорта при дискретных событиях, который оценивается по значениям величин ускорения в продольном, поперечном и вертикальном направлениях.
Показатели комфорта при движении
5.3 Определение показателя постоянного комфорта
Для определения показателей постоянного комфорта по данным измерений ускорений кузова, как в прямых, так и в кривых участках пути по трем направлениям (осям X, Y и Z) рассчитывают среднеквадратические значения частотно-взвешенных ускорений. Они рассчитываются по следующим формулам:
C_{C_{X}}(t) = a_{X}^{W_{d}}(t) = [\frac{1}{T} \cdot \int_{t - T}^{t} (\dot{x}_{W_{d}}^{*}(\tau))^{2}d\tau]^{0,5}, (1)
C_{C_{Y}}(t) = a_{Y}^{W_{d}}(t) = [\frac{1}{T} \cdot \int_{t - T}^{t} (\dot{y}_{W_{d}}^{*}(\tau))^{2}d\tau]^{0,5}, (2)
C_{C_{Z}}(t) = a_{Z}^{W_{b}}(t) = [\frac{1}{T} \cdot \int_{t - T}^{t} (\dot{z}_{W_{b}}^{*}(\tau))^{2}d\tau]^{0,5}, (3)
где a_{X}^{W_{d}}(t) — пятисекундные среднеквадратические значения взвешенных по функции Wd продольных ускорений,
a_{Y}^{W_{d}}(t) — пятисекундные среднеквадратические значения взвешенных по функции Wd боковых ускорений,
a_{Z}^{W_{b}}(t) — пятисекундные среднеквадратические значения взвешенных по функции Wb вертикальных ускорений, где
Wi — надстрочный индекс, относится к значениям частоты в соответствии с определенным направлением i: (i = d, d, b):
b: вертикальное направление, Wb.
Величины взвешивающих функций Wd, Wb приведены в Приложении В СТО.
Пятисекундные среднеквадратические значения частотно-взвешенных ускорений рассчитываются по следующим формулам:
a_{X}^{W_{d}}(t) = [\frac{1}{T} \cdot \int_{t - T}^{t} (\dot{x}_{W_{d}}^{*}(\tau))^{2}d\tau]^{0,5}, (4)
a_{Y}^{W_{d}}(t) = [\frac{1}{T} \cdot \int_{t - T}^{t} (\dot{y}_{W_{d}}^{*}(\tau))^{2}d\tau]^{0,5}, (5)
a_{Z}^{W_{b}}(t) = [\frac{1}{T} \cdot \int_{t - T}^{t} (\dot{z}_{W_{b}}^{*}(\tau))^{2}d\tau]^{0,5}, (6)
где T равен 5 с, а значение t кратно 5 с;
5.4 Определение показателя среднего уровня комфорта
Формула для расчета показателя среднего уровня комфорта имеет вид:
N_{MV} = 6 \cdot \sqrt{(a_{XP95}^{W_{d}})^{2} + (a_{YP95}^{W_{d}})^{2} + (a_{ZP95}^{W_{b}})^{2}} , (7)
где a_{XP95}^{W_{d}} — значения 95-х процентилей распределений пятисекундных усредненных среднеквадратических значений, подсчитанных за двухминутные периоды, по продольной оси,
a_{YP95}^{W_{d}} — значения 95-х процентилей распределений пятисекундных усредненных среднеквадратических значений, подсчитанных за двухминутные периоды, по боковой оси,
a_{ZP95}^{W_{b}} — значения 95-х процентилей распределений пятисекундных усредненных среднеквадратических значений, подсчитанных за двухминутные периоды, по вертикальной оси.
5.5 Нормативы показателей среднего и постоянного комфорта
В табл. 5.2, 5.3 приведены критерии показателей среднего и постоянного комфорта в соответствии с СТО, а в приложении для примера их фактические параметры на конкретном участке пути.
Шкала показателя среднего уровня комфорта NMV
Шкала показателя постоянного комфорта C_{C_{X}}(t) , C_{C_{Y}}(t) , C_{C_{Z}}(t)
5.6 Определение показателя комфорта при прохождении кривой
При прохождении кривой оцениваются показатели комфорта, воспринимаемые пассажирами как изменение ощущения комфорта в части влияния ускорений во время движения транспортного средства, обусловленное действием низких частот при входе в кривую, изменением направления хода при прохождении кривой.
Физическими величинами, определяющими комфорт в части влияния ускорений при прохождении кривой являются:
|\dot{y}_{1s}|_{max} — максимальное абсолютное значение бокового ускорения в кузове транспортного средства в период времени между начальной и конечной точками переходной кривой плюс 1,6 с, выраженное в м/с2;
|\dot{y}_{1s}|_{max} — максимальное абсолютное значение скорости нарастания ускорения в поперечном направлении в переходной кривой, выраженное в м/с3;
|\varphi_{1s}|_{max} — максимальное абсолютное значение скорости крена, в период времени между началом и концом переходной кривой, выраженное в рад/с.
Обработка сигналов должна производиться следующим образом:
а) фильтрованное значение бокового ускорения кузова транспортного средства \dot{y}_{W_{p}}^{*}(t) , с интервалом оцифровки не более 0,1 с, усредняется в односекундном окне, результатом является зависимость \dot{y}_{1s}(t) ;
б) фильтрованное значение скорости крена \varphi_{W_{p}}^{*}(t) , усредняется в односекундном окне, результатом является зависимость \varphi_{1s}^{*}(t) ;
в) фильтрованное значение скорости нарастания бокового ускорения в поперечном направлении \dot{y}_{W_{p}}^{*}(t) в односекундном окне, результатом является зависимость \dot{y}_{1s}(t) .
Процедуры усреднения для периода усреднения T равного 1 с, показаны в формулах (8), (9) и (10).
\dot{y}_{1s}(t) = \frac{1}{T} \int_{t - 0,}^{t + 0} {}_{5T}^{,5T}\dot{y}_{W_{p}}^{*}(\tau)d\tau, (8)
\varphi_{1s}^{*}(t) = \frac{1}{T} \int_{t - 0,}^{t + 0} {}_{5T}^{,5T}\varphi_{W_{p}}^{*}(\tau)d\tau, (9)
\dot{y}_{1s}(t) = \frac{1}{T} [\dot{y}_{1s}(t + \frac{T}{2}) - \dot{y}_{1s}(t - \frac{T}{2})]. (10)
Показатель комфорта при прохождении кривой — PCT рассчитывается на основе эмпирического уравнения, полученного на основе анкетирования пассажиров по результатам проездов по кривым участкам пути в разных условиях, при различных величинах |\dot{y}_{1s}|_{max} , |\dot{y}_{1s}|_{max} и |\varphi_{1s}|_{max} .
{}_{CT}^{P = 100 \cdot}{_{1smax1smax\dot{1}smax}^{max[0.2854 \cdot |\dot{y}| + 0.2069 \cdot |\dot{y}| - 0.111;0] + (3.64 \cdot |\varphi|)^{2.283}}}^{.} (11)
5.7 Определение показателя комфорта при дискретных событиях
Оцениваются показатели комфорта, воспринимаемые пассажирами как изменение ощущения комфорта в части влияния ускорений во время движения транспортного средства, вызванное динамической реакцией транспортного средства на отдельные неровности пути и их сочетания.
Физической величиной, определяющей показатель комфорта при дискретных событиях (PDE(t), является полное ускорение \dot{a}^{W}(t) . Полное ускорение есть векторная сумма фильтрованных ускорений по продольному, поперечному и вертикальному направлениям.
\dot{a}^{W}(t) = \sqrt{\dot{x}_{W_{d}}^{*2}(t) + \dot{y}_{W_{p}}^{*2}(t) + \dot{z}_{W_{b}}^{*2}(t)} , (12)
где \dot{x}_{W_{d}}(t) — значения взвешенных по функции Wd продольных ускорений;
\dot{y}_{W_{p}}(t) — значения взвешенных по функции Wp боковых ускорений;
\dot{z}_{W_{b}}(t) — значения взвешенных по функции Wp вертикальных ускорений.
Обработка сигналов должна производиться следующим образом:
- полное ускорение \dot{a}^{W}(t) , рассчитанное по значениям фильтрованных ускорений кузова транспортного средства по направлениям связанной системы координат, с интервалом оцифровки не более 0,1 с, усредняется в двухсекундном окне, результатом усреднения является зависимость |\dot{a}_{2s}|(t) .
Процедура усреднения для периода усреднения T, равного 2 с, определена по формуле (13), полученный сигнал относится к центральной позиции усредняющего окна:
|\dot{a}_{2s}|(t) = | \frac{1}{T} \int_{t - 0,}^{t + 0} {}_{5T}^{,5T}\dot{a}^{W}(\tau)d\tau|. (13)
Расчет размаха колебаний полного ускорения \dot{a}^{W}(t) во время периода T, равного 2 с, выполняется по формуле (14):
\dot{a}_{pp}(t) = max(\dot{a}^{W}(\tau),\tau \in [t - 0,5T,t + 0,5T]) - min(\dot{a}^{W}(\tau),\tau \in [t - 0,5T,t + 0,5T]). (14)
Показатель комфорта при дискретных событиях рассчитывается по формуле (15):
P_{DE}(t) = 100 \cdot max(0.0846 \cdot \dot{a}_{pp}(t) + 0.1305 \cdot |\dot{a}_{2s}|(t);0). (15)
5.8. Проведение дополнительного анализа состояния пути для планирования выправочных работ и, при необходимости, внесения корректировок в приказ по допускаемым скоростям движения осуществляется при показателях:
показатель постоянного комфорта — более 0,3 м/с2;
показатель среднего комфорта — более 2,5;
показатель комфорта при прохождении кривых для высокоскоростного движения — более 10, для скоростного движения — более 15;
показатель комфорта при дискретных событиях — более 10.
6. Порядок оценки состояния пути на высокоскоростных и скоростных линиях по показателям комфорта пассажиров
6.1. По результатам измерений показателей комфорта по п. 3.5 формируется ведомость участков пути с нарушением условий комфорта пассажиров в части воздействия ускорений по форме табл. 6.1.
Ведомость участков пути с нарушением условий комфорта пассажиров в части воздействия ускорений
6.2. Контролируемыми и оцениваемыми параметрами состояния пути с позиций влияния на плавность хода подвижного состава и комфорт пассажиров в части воздействия ускорений на участках, где нарушаются условия по п. 5.8 являются:
положение рельсовых нитей в плане (рихтовка);
положение рельсовых нитей по уровню (перекосы и отклонения уровня);
просадки рельсовых нитей в вертикальной плоскости;
сочетания отступлений по рихтовке с перекосами и просадками;
длинные неровности пути в плане и продольном профиле и их сочетания;
изменения наклона поверхности катания рельсов;
среднеквадратические отклонения (далее — СКО) от величин просадок, перекосов, отступлений в плане.
6.3. Контролируемые и оцениваемые параметры состояния пути по пункту 6.2 привязываются к ВКС и путейскому пикетажу с погрешностью не более +/- 1 м.
6.4. На пикетах, где выявлены нарушения комфорта пассажиров в части влияния ускорений по критериям, приведенным в разделе 5, должен быть проведен дополнительный анализ состояния пути по данным последнего прохода МСД с выявлением наличия <*>:
- отдельных отступлений по рихтовке, перекосам и просадкам выше 2-й степени, или сочетаний отступлений 2-й степени и выше по рихтовке и перекосам (или просадкам), или последовательности трех и более отступлений по рихтовке или перекосам в любой комбинации на скользящем отрезке длиной 200 м;
- длинных неровностей пути в продольном профиле величиной более 40 мм, или в плане величиной более 30 мм, или их сочетаний при величине соответственно более 30 и 25 мм, или последовательности трех и более неровностей на отрезке длиной 200 м величиной более 30 и 25 мм;
- кривых, имеющих несовпадения точек начала и конца переходных кривых по кривизне и возвышению наружного рельса более 20 м, или 2-ю и выше степень расстройства, согласно Положению ЦПТ-46/2 [4] они должны быть классифицированы, как вызывающие ухудшение комфорта пассажиров в части влияния ускорений, и устранены планово-предупредительной выправкой;
- СКО, превышающих на длине 50 м:
- по просадкам — 1,6 мм при скоростях более 200 км/ч и 2,0 мм при скоростях 141 — 200 км/ч;
- по уровню — 2,0 мм при скоростях более 200 км/ч и 3,0 мм при скоростях 141 — 200 км/ч;
- по отступлениям в плане — 4,0 мм при скоростях более 200 км/ч и 6,0 мм при скоростях 141 — 200 км/ч.
<*> Оценка отступлений по рихтовке, просадкам, перекосам, сочетаниям и длинным неровностям производится согласно Инструкции 682р [4].
6.5. По данным последнего прохода МСД на выявленных участках пути с нарушением условий комфорта пассажиров в части воздействия ускорений в режиме постобработки формируется ведомость по форме табл. 6.2.
Ведомость характеристик состояния пути на участках с нарушением условий комфорта пассажиров в части воздействия ускорений
| Направление С. Петербург — Москва, путь 1, проверка 23.04.2019 г., участок Бологое — Тверь | |||||||||||||||
| Начало км, пк | Конец км, пк | Координаты ВКС (опционально) | Кривые <*> | ГРК <*> | Неровности <*> | примечание | |||||||||
| начало участка | конец участка | Несовпад | aнп | \Psi | Ст. растр | Колич. отступл. 2 ст. и выше | Сочет. Послед. | план | проф | сочет | |||||
| 330 | 2 | 330 | 5 | 6416332.404; 6567802.353 | 6416181.511; 6567941.539 | 36 | 2П/2, 3Р/2 | ||||||||
| 345 | 8 | 345 | 8 | 6415602.780; 6568475.801 | 6415436.024; 6568629.679 | 2Пр/2, 1Р/3 | 34 | 44 | Станция | ||||||
| ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ... | ||
<*> Соответствующие ячейки заполняются только в случае превышения пороговых значений, указанных в п. 4.4.
6.6. В случае отсутствия на пикетах, где выявлены нарушения комфорта пассажиров в части воздействия ускорений, отступлений, перечисленных в п. 6.3, однако регулярно возникают по неустановленной причине повышенные колебания и ускорения при установленных скоростях пассажирских поездов, должен быть рассмотрен вопрос об уменьшении установленной скорости.
6.7. Информация о выявленных участках пути с нарушениями условий комфорта пассажиров в части воздействия ускорений в виде ведомостей по форме табл. 6.1 и 6.2 используется Дирекцией инфраструктуры для планирования бюджета и работ по выправке пути или внесения корректировок в приказ по допустимым скоростям.
7. Перечень нормативных документов
1. СТО РЖД 03.005-2019 «Услуги на железнодорожном транспорте. Метод оценки влияния ускорений на комфорт пассажиров в поездах».
2. Методика классификации и специализации железнодорожных линий ОАО «РЖД» утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» от 23.12.2015 г. № 3048р.
3. Положение о порядке контроля состояния главных и станционных путей путеизмерительными средствами, утвержденное распоряжением ОАО «РЖД» от 30.12.2013 г. № 2956р.
4. Временная инструкция по оценке состояния рельсовой колеи путеизмерительными средствами и мерам по обеспечению безопасности движения, утвержденная распоряжением ОАО «РЖД» от 7 апреля 2017 г. № 682р.
5. Положение по оценке фактических параметров кривых участков пути вагонами путеизмерителями, расчету рациональных параметров устройства кривых для их паспортизации, утвержденное ОАО «РЖД» 19.03.2009 г. № ЦПТ-46/2.
Приложение
к Инструкции оценки состояния скоростных и высокоскоростных участков пути по критериям плавности хода
Рис. П1. Показатели постоянного комфорта в поезде Сапсан на участке Спирово — Завидово направления Санкт-Петербург — Москва
Рис. П2. Средний уровень комфорта в поезде Сапсан на участке Спирово — Завидово направления Санкт-Петербург — Москва
Рис. П3. Комфорт при дискретных событиях в поезде Сапсан на участке Спирово — Завидово направления Санкт-Петербург — Москва
Рис. П4. Комфорт при прохождении кривых в поезде Сапсан на участке Спирово — Завидово направления Санкт-Петербург — Москва