В качестве вариантов подвижного состава предложены юнибусы моделей Ю-321ПЭ1, Ю-342МТ и Ю-326РА. Основные характеристики юнибусов приведены в таблице 6.

Таблица 6

Для выбора варианта юнибуса проводится расчет необходимого количества подвижного состава, маршрутного интервала движения и годового пробега для каждого типа юнибуса. Расчет выполняется по формулам (6-8).

где: Мсут - суточная работа транспорта на маршруте;

Нсут - производительность единицы подвижного состава.

где: L - длина маршрута;

Vэ - эксплуатационная скорость;

Nдв - количество единиц подвижного состава в движении.

где, h - число часов работы подвижного состава в сутки.

Для определения суточной работы на маршруте была построена схема тяготения населения к остановочным пунктам струнной транспортной системы в пределах г. Первоуральск (рис. 23). На схеме были выделены районы разной этажности, и проведены границы разделяющие районы, тяготеющие к разным остановкам. По схеме было вычислено процентное соотношение населения тяготеющего к каждому остановочному пункту (рис. 24). Допустив предположение, что места жительства людей, совершающих ежедневные поездки в Екатеринбург, равномерно распределены по всей территории города, можно рассчитать количество пассажиров, совершающих посадку на каждом остановочном пункте струнной трассы. Что касается количества пассажиров, совершающих посадку/высадку на остановке «Мега», оно принято условно 10% от всего пассажиропотока.

Рис. 23. Схема тяготения населения города Первоуральск к остановочным пунктам струнной транспортной системы

Рис. 24. Распределение населения г. Первоуральск по тяготению к остановочным пунктам струнной транспортной системы.

Для оценки общего количества пассажиров, совершающих поездки на струнном транспорте, принимаются допущения по количеству пассажиров, которые предпочтут струнный транспорт, привычным средствам передвижения. Для людей, совершающих поездки на автобусах, электричках и автомобилях, работающих в режиме «такси» струнный транспорт будет более удобен, в связи с меньшими затратами времени и денег на проезд, поэтому 95% этих людей предпочтут именно струнный транспорт. Оставшиеся 5% будут по-прежнему пользоваться привычными видами транспорта в связи с боязнью поездок на скоростном транспорте, расположенном в нескольких метрах над землей. Примерно пятой части людей, совершающих поездки на попутном автотранспорте, не требуются пересадки на общественный транспорт, так как попутный транспорт проходит вблизи мест их проживания и мест конечной цели поездки. Поэтому эти 20% останутся привержены привычному для них средству передвижения. Наконец лишь 10% владельцев личного автотранспорта предпочтут поездки на струнном транспорте. Итоговый пассажиропоток составляет: (1779 + 650 + 1200)*0,95 + 1200*0,8 + 4200*0,1 = 4828 пасс/сут.

Картограмма суточного пассажиропотока на проектируемом маршруте представлена на рис. 25.

Рис. 25. Картограмма суточного пассажиропотока

Производительность подвижного состава рассчитана для каждого варианта юнибуса по формуле (7).

где, Vэ - эксплуатационная скорость (расстояние 41 км, время поездки 25,3 минуты или 0,4217 часа, учитывая автоматическое управление юнибусом, задержки на конечных станциях не требуются, поэтому

Vэ = 41 / 0,4217 = 97,23 км/час); h - число часов работы подвижного состава в сутки (принимается 14

часов при работе подвижного состава с 6:00 до 20:00); щ - вместимость подвижного состава;

з - среднесуточный коэффициент наполнения подвижного состава

(0,3).

Выбор подвижного состава обосновывается по технико-экономическим показателям. Поскольку разница в стоимости строительства струнной путевой структуры для предложенных юнибусов несущественна (она больше зависит от скоростного режима, который в проекте уже определен), то сравнение проводится по эксплуатационным экономическим показателям, а точнее по годовым затратам топлива/электроэнергии.

Расход электроэнергии юнибуса Ю-321ПЭ1 составляет 21 кВт•ч/100 км. Годовой пробег составляет 20867502,6 маш•км, а годовые затраты электроэнергии - 208675,026*21 = 4382175,4 кВт•ч. Стоимость электроэнергии на первый квартал 2012 составляет 2,43 руб/кВт•ч. Таким образом годовые затраты на электроэнергию составляют 4382175,4*2,43 = 10648686,2 руб.

Аналогичный расчет был проведен для юнибусов Ю-342МТ и Ю326РА. Годовой расход топлива составил соответственно 1622696,75 и 1383217,32 литра, а затраты на топливо - 44624160,6 и 38038476,3 рублей.

Первый вариант значительно выгоднее по эксплуатационным затратам, однако он требует дополнительных расходов для проведения контактной сети. Стоимость контактной сети для струнной транспортной системы на 2008 год составляла 1млн рублей за километр. Уровень инфляции с 2008 года до начала 2012 года вырос на 37%, таким образом, на начало 2012 стоимость 1 км контактной сети составляет 1 млн 370 тыс рублей, а полная стоимость контактной сети 56 млн 170 тыс рублей.

Экономическая выгода от применения юнибусов Ю-321ПЭ1 составляет 33975474 рублей по сравнению с юнибусами Ю-342МТ и 27389790 по

сравнению с Ю-326РА. Затраты на строительство контактной сети окупятся за 1,65 и 2,05 лет соответственно.

С технической точки зрения вариант юнибуса с электрическим двигателем предпочтительнее юнибуса с дизельным двигателем, так как струнная трасса частично проходит в пределах жилой застройки, а экипажи на электрической тяге создают меньшее шумовое загрязнение и у них отсутствует выброс вредных веществ в атмосферу.

Для дальнейшей проработки выбирается юнибус Ю-321ПЭ1 (рис. 26).

Рис. 26. Высокоскоростной пассажирский юнибус Ю-321ПЭ1

3.4 Определение параметров рельс-струны

Для компоновки струны предлагается высокопрочная гладкая проволока В-II диаметром 3 мм. Предельные напряжения такой проволоки составляют 15200 кг/смІ, а нормативные - 12050 кг/смІ. Помимо усилия натяжения, струна испытывает температурные и ветровые напряжения, напряжения от обледенения рельса и от подвижного состава, движущегося в середине пролета. Эти напряжения составляют порядка 2100кг/смІ, таким образом, от нормативной нагрузки остается величина 12050-2100 = 9950 кг/смІ. Площадь сечения проволоки, диаметром 3 мм равна 0,07065 смІ, значит, каждая проволока должна выдерживать 9950*0,07065 = 702,9675 км. Необходимое количество проволоки равно:

Количество горизонтальных рядов в проволоке в 1,5 раза больше количества вертикальных рядов. Тогда габариты струны равны 3Х на 3Y, где

Всего проволок в струне - 187, ширина струны 3,3 см, высота - 5,1 см.

Монтажный провис струны на максимальном пролете в 50м для городского участка равен 50 / 400 = 0,125 м = 12,5 см. Минимальная высота корпуса рельса складывается из максимального монтажного провиса, высоты струны, толщины стенки корпуса рельса (3мм) и толщины головки рельса (20мм): 12,5 + 5,1 + 2 + 0,3 = 19,9 см.

Для междугороднего варианта рельс-струны количество горизонтальных рядов равно 15, а вертикальных - 23, всего проволок в струне - 345. Ширина струны 4,5см, высота - 6,9см. Монтажный провис равен 6,25 см, а минимальная высота корпуса рельса - 15,45 см. Для обоих вариантов принимается рельс шириной 10 см и высотой 20 см (рис. 27).

Рис. 27. Сечение рельс-струны (слева для городского участка, справа - для междугороднего).

3.5 Разбивочный план трассы

Для строительства струнных транспортных систем используется технологический опыт дорожного строительства, где используются дорожные отряды для поточного производства работ. Сформированные отряды, выполняя отдельные технологические операции (например: первый отряд устанавливает фундаменты опор, второй - устанавливает промежуточные опоры, третий - анкерные опоры и т.д.), идут друг за другом до завершения строительства. При этом, в зависимости от протяженности трассы, количества строительных отрядов и наличия технологического оборудования и оснастки, можно довести скорость поточного строительства струнных транспортных систем до 0,5 - 1,0 километра в сутки.

Перед началом работы в обязательном порядке проверяются рабочие места и проходы к ним на соответствие следующим требованиям:

для прохода к рабочим местам, 2

2

находящимся в котлованах и траншеях, а также для перехода по участкам уложенной арматуры необходимо установить лестницы, переходные мостики и трапы с ограждениями;

зона 2

2

электропрогрева бетона должна иметь ограждение и обозначена

предупредительными надписями и плакатами; на эстакадах для подачи бетонной смеси автосамосвалами между отбойным брусом и ограждением следует оборудовать проходы шириной не менее 0,6 м; ограждения вращающихся частей машин и оборудования находятся в исправности и надежно закреплены;

корпуса 2

2

сварочных трансформаторов, электродвигателей и приборов

управления заземлены; сигнализирующие устройства находятся в исправном состоянии и хорошо освещены рабочие места (в темное время суток).

Перед 2

2

началом работы проверить наличие необходимых средств технологической оснастки и их исправность.

При выполнении работы должны быть соблюдены следующие условия: при сборке элементов опалубки в несколько ярусов каждый последующий ярус следует устанавливать только после закрепления нижнего;

Размещение на опалубке оборудования и материалов, не 2

2

предусмотренных проектом производства работ, а также пребывание людей, непосредственно не участвующих в производстве работ по устройству опалубки, не допускается;

инвентарные ограждающие устройства при установке опалубки 2

2

должны ограждать всю захватку, подготовленную для бетонирования;

разборку всех типов опалубки производят после достижения бетоном заданной прочности и с разрешения производителя работ;

при сборке арматуры фундаментов непосредственно у места ее установки стержни подают в котлован при помощи специальной траверсы или опускают их по приспособленным для этой цели лоткам;

рабочие 2

2

должны спускаться в котлован только по стремянкам или приставным лестницам;

По окончании работы необходимо:

навести 2

2

порядок на рабочем месте. Убрать инструменты, материалы и приспособления;

сообщить мастеру 2

2

или прорабу о замеченных неисправностях механизмов, приспособлений, средств подмащивания, состояния откосов;

отключить механизмы от сети, пусковые 2

2

устройства запереть на замок, чтобы они не могли быть включены посторонними лицами.

На большей протяженности струнной трассы, поддерживающие опоры находятся на отдалении от существующих искусственных сооружений, поэтому монтаж фундаментов не повлияет ни на какую прочую рабочую деятельность. На городских участках трассы, где поддерживающие опоры находятся близко к проезжей части местных улиц и дорог, для устройства котлована можно использовать крепление котлованов, таким образом не перекрывая проезжую часть и не мешая работе транспорта.

5. ЭКОНОМИКА СТРОИТЕЛЬСТВА

5.1 Введение

Запроектированная в работе струнная трасса, проходит от площади Победы в городе Первоуральск до перспективного района ВИЗправобережный в городе Екатеринбург. Конечный остановочный пункт струнной трассы проектируется с учетом 2-ой линии метрополитена, которая включена в генеральный план развития Екатеринбурга до 2025 года.

Средневзвешенные затраты времени на передвижение жителей Первоуральска до ближайшего остановочного пункта струнной трассы составляют 17,4 минуты (расчет в п. 3.2), время проезда между конечными остановочными пунктами - 25,3 минуты. Среднее время передвижение в г. Екатеринбург принимается 30 минут с учетом работы 2-ой линии метрополитена. Тогда общее время поездки составляет 72,7 минут или 1,212 часа. Такую же длительность принимаем и для передвижения в обратном направлении, общее время сообщения в обе стороны равно 2,424 часа.

Предполагаемо струнным транспортом ежедневно будут пользоваться 4928 человек (расчет в п. 3.3). Учитывая, что каждый из них совершает поездки до Екатеринбурга и обратно, суточные затраты времени всех пассажиров на преодоление вышеобозначенного маршрута составят:

4928*2,424 = 11945,5 чел•часов.

Аналогично рассчитываются затраты времени при передвижении на других видах транспорта такого же количества пассажиров.

Междугородний автобус:

Посадка на автобус осуществляется на автовокзале г. Первоуральск, до которой среднее время доступности составляет приблизительно 25 минут. Автобус доезжает до остановки северного автовокзала в г.Екатеринбург примерно за 50 минут. Средние затраты на передвижение в Екатеринбурге - 30 минут. Затраты времени на поездку в одну сторону составляют 105 минут или 1,75 часов. А суточные затраты времени 4928 пассажиров при поездке в обе стороны составят:

4928*2*1,75 = 17248,0 чел•часов.

Пригородная электричка:

Среднее время доступности железнодорожного вокзала - 30 минут. Электропоезд проходит маршрут от Первоуральска до Екатеринбурга за 50 минут, средние затраты времени на передвижение в Екатеринбурге - 30 минут. Итого 110 минут или 1,833 часа. Суточные затраты времени пассажирами:

4928*2*1,833 = 18069,3 чел•часов.

Такси:

Места стоянки автомобилей работающих в режиме такси располагаются вблизи автовокзала города Первоуральск, каждый автомобиль набирает максимально разрешенное для перевозки число пассажиров и отправляется в Екатеринбург. Автомобили проходят по улицам Репина и Ленина до площади 1905 года, высаживая пассажиров либо на площади, либо по пути следования по желанию пассажира. Время поездки от автовокзала в г. Первоуральск до площади 1905 года составляет в среднем 40 минут. Общие затраты времени на поездку в одну сторону: 25 + 40 + 30 = 95 минут или 1,583 часа. Суточные затраты:

4928*2*1,583 = 15605,3 чел•часов.

Попутный автотранспорт:

Некоторые владельцы личного транспорта ищут попутчиков через объявления в интернете или прессе. Потенциальные попутчики откликаются на те объявления, в которых указан маршрут поездки, удобный им. Поэтому основная масса людей, совершающих поездки на попутном транспорте, затрачивает не более 5 минут на то чтобы добраться от места жительства до места ожидания автомобиля. Среднее время поездки между городами составляет порядка 50 минут, а время передвижения в г. Екатеринбург - 30 минут. Общее время поездки в одну сторону - 85 минут или 1,417 часов.

Суточные затраты всех пассажиров:

4928*2*1,417 = 13962,7 чел•часов.

Личный автотранспорт:

Поездка на личном автомобиле не предполагает пересадку на другие виды транспорта, а общее время поездки в одну сторону в среднем равно 75 минут или 1,25 часов. Суточные затраты времени:

4928*2*1,25 = 12320,0 чел•часов.

Распределение населения по всем рассмотренным типам перевозок показано на рис. 33.

Рис. 33. Распределение пассажиров по типам перевозок.

Для сравнения с суточными затратами времени пассажиров струнной трассы, необходим расчет средневзвешенной суточной затраты времени для такого же количества пассажиров, но распределенных по разным типам перевозок, в соответствии с процентами указанными на рис. 33. Они составят:

0,197*17248,0 + 0,072*18069,3 + 0,133*15605,3 + 0,133*13962,7 +

+0,465*12320,0 = 14360,2 чел•часов.

Таким образом, струнная трасса позволит ежедневно экономить:

14360,2 - 11945,5 = 2414,7 чел•часов.

За год экономия составит 881362,5 чел•часов.

5.3 Определение стоимости проезда по струнной трассе

Для определения стоимости проезда по предлагаемому маршруту необходимо рассчитать стоимость строительства путевой структуры, затраты на закупку подвижного состава и на эксплуатацию струнной путевой структуры. Стоимость строительства принимается приблизительной, на основе расчетов стоимости строительства различных типов СТЮ, выполненных компанией ООО «Струнные Технологии Юницкого». Стоимость различных типов СТЮ по состоянию на 01.01.2007 представлена на рис. 34.

Рис. 34. Основные стоимостные характеристики различных типов двухрельсового СТЮ.

В проекте предлагается трасса, колеей 1,5 м и максимальной скоростью 150 км/час, в соответствии с этими данными принимается цена строительства 1,3 млн. USD за километр (за вычетом стоимости юнибусов). С 2007 года по сегодняшний день уровень инфляции в РФ составил 78,9%, таким образом, на сегодняшний день, стоимость строительства, предложенной проектом путевой структуры составляет 2,2335 млн. USD или 73,11 млн. рублей за километр. Протяженность струнной трассы Первоуральск - Екатеринбург составляет 41 километр, тогда ее стоимость составит 2997,5 млн. рублей.

В проекте принят юнибус Ю-321ПЭ1 в количестве 42 единиц на линии, кроме того нужны запасные модули, для замены неисправных на линии, общее количество необходимых юнибусов составляет 42/0,85 = 49 ед. Стоимость одного юнибуса составляет 67,6 тыс. USD в ценах 2008 года, уровень инфляции с тех пор составил 37%, таким образом на сегодня стоимость юнибуса Ю-321ПЭ1 составит 92,6 тыс. USD, а 49 юнибусов будут стоить - 4,54 млн. USD или 148,61 млн. рублей. Таким образом, суммарные затраты на строительство путевой структуры и закупку юнибусов составят 3146,11 млн. рублей. Годовые затраты на эксплуатацию юнибусов составляют 1,06 млн. рублей (расчет в п. 3.3.).

Срок окупаемости для вновь возводимых транспортных коммуникаций принимается 12 лет. Тогда ежегодная прибыль от перевозок пассажиров по струнной трассе должна составлять 3146,11/12 + 10,6 = 272,78 млн. рублей.

Учитывая, ежедневно на струнном транспорте будут осуществлять поездки 4928 человек в обоих направлениях, стоимость поездки в одну сторону составит - 272780000/(365•2•4928) = 75,8 рублей.

Расчет экономии времени пассажиров совершающих поездки на проектируемой струнной трассе, производился в соответствии с пассажиропотоками, существующими на сегодняшний день. Однако положительная динамика роста населения города Первоуральск, скажется на увеличении пассажиропотоков в город Екатеринбург. Кроме того, увеличится загруженность существующих путей сообщения по пути следования в Екатеринбург, а как следствие - возрастут затраты времени на поездку. Поэтому вырастет и общая экономия времени для пассажиров струнного транспорта.

Сэкономленное время люди могут потратить по разному: на образование, отдых, работу, спорт и т.д. Предположим, что 10% людей предпочтут потратить свое время на дополнительный заработок. Средняя зарплата в Екатеринбурге около 29 тысяч рублей в месяц или 180 рублей в час. Тогда сэкономленное струнным транспортом время принесет суммарную экономическую выгоду 43,5 тысячи рублей в день или 15 900 миллионов рублей в год.

6. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

В дипломном проекте разрабатывается высокоскоростная струнная трасса, соединяющая города Первоуральск и Екатеринбург. В городе Первоуральск, струнная трасса проходит от площади Победы, вдоль проспекта Ильича и Московского шоссе, на междугороднем участке струнная трасса проходит сперва, между Московским шоссе и Московским трактом, а затем южнее Ново-Московского тракта. В черте города Екатеринбург, струнная трасса проходит вдоль Ново-Московского тракта мимо ТРЦ «Мега» а далее делает поворот на север к перспективной станции метрополитена Верх-Исетская.

Струнные транспортные системы представляют собой размещенную на опорах предварительно напряженную растянутую канатно-балочную конструкцию, по которой движутся специальные транспортные модули (далее по тексту юнибусы), оснащенные в разных вариантах исполнения двигателем внутреннего сгорания, либо электродвигателем.

Основу струнной путевой структуры составляют струны из высокопрочной стальной проволоки диаметром 1-5 мм каждая, собранные в пучок и размещенные с провисом внутри пустотелого рельса. Рельс монтируется таким образом, чтобы после фиксации струн путем заполнения полости рельса твердеющим заполнителем, например, на основе цемента, битума или эпоксидной смолы, головка рельса оставалась бы идеально ровной. Рельс-струны ж?стко крепятся на анкерных опорах, размещенных до 5км. При усилии натяжения струн 100-500 тонн, длине пролета 25-50м и массе рельсового пути 50-150кг на погонный метр, провесы струны будут составлять порядка 50мм. Такой провес легко спрятать, «зашить» внутри полого рельса высотой 15-20мм.

Помимо анкерных опор в путевой структуре присутствуют также поддерживающие опоры, установленные через 20-50м (при необходимости пролет может быть увеличен до нескольких сотен метров при усилении пролета вантовыми конструкциями). Промежуточные опоры призваны воспринимать вертикальную нагрузку от веса пролетного строения и транспортных модулей. Так например при средней длине пролета 35м и весе транспортного модуля 5т, опора будет воспринимать вертикальные нагрузки до 10 тонн.

6.2 Безопасность проекта

Разрушение путевой структуры

Наибольшую угрозу для транспорта 2-ого уровня представляет разрушение пролетного строения. В СТЮ пролетным строением является рельс-струна, представляющая собой композитную конструкцию, разрушить целиком которую, можно лишь сильным, направленным взрывом. Что касается струны, то она защищена от агрессивного воздействия внешней среды водонепроницаемым корпусом рельса, а так же заполнителем. Кроме того, линейная схема СТЮ такова, что наличие в пролете подвижной нагрузки увеличивает напряжения растяжения в струне всего на 0,1-0,5%. Поэтому весь период эксплуатации СТЮ струна будет находиться в практически неизменном статическом состоянии, это увеличит срок службы струны и ее надежность. При этом каждая проволока в струне работает независимо от других, и даже обрыв 50% проволок, не приведет к разрушению конструкции (но увеличится величина прогиба пролета).

Разрушение промежуточных опор так же не приведет к обрыву рельсструн, так как каждая опора скреплена с путевой структурой через специальный отстегивающийся механизм. Таким образом разрушение опоры приведет лишь к увеличению пролета вдвое, и, следовательно к некоторому увеличению деформативности пути. Более опасно для СТЮ разрушение анкерной опоры, однако, учитывая прочность опоры (она должна выдерживать напряжения в сотни тонн), для ее разрушения понадобится не менее 100кг тротила и тщательная подготовка террористического акта. Поэтому Путевая структура оснащается разветвленной системой безопасности, включающей электронные средства контроля за состоянием всех элементов трассы, а так же визуальные средства наблюдения. Таким образом служба безопасности сможет предотвратить умышленное разрушение элементов пути, или дать сигнал на остановку подвижного состава на линии в случае форс-мажорных обстоятельств. Если разрушение трассы произошло, и на участке разрушения находился юнибус, то для защиты пассажиров, предусмотрено оснащение юнибуса ремнями и подушками безопасности.

Воздействие шума и вибрации

Юнибус СТЮ не имеет выступающих частей, кроме узких кол?с, выдвинутых на 10 сантиметров из корпуса. Корпус юнибуса имеет совершенную аэродинамическую форму (коэффициент аэродинамического сопротивления Сх=0,075--0,1), его обтекание воздухом будет симметричным, без возникновения боковых и опрокидывающих сил, без срывов и завихрений воздушных потоков, которые являются источником шума. Масса юнибуса, например, в сотни раз меньше массы поезда, его длина -- короче в десятки раз, масса неподрессоренной части -- меньше в десятки раз, а ровность пути движения -- значительно выше. Поэтому в сравнении с высокоскоростным поездом юнибус будет в десятки раз более слабым источником шума и вибрации почвы. Снижению шума будет способствовать и то, что рельсо-струнная путевая структура по всей своей длине не имеет стыков, но имеет систему внутренних демпферов и опирается на опоры также через систему демпферов, которые будут гасить и перехватывать как низкочастотные, так и высокочастотные колебания пути. Для термошумоизоляции пассажирского салона юнибуса от силового отсека применяется негорючий пенопласт ПХВ.

Электромагнитное излучение

Электрифицированные трассы СТЮ будут низковольтными

(напряжение порядка 1000 В), поэтому они не создадут электромагнитных загрязнений и смогут проходить на большой высоте (10 метров и более) над сельхозугодиями, по заповедникам и заказникам. Отсутствие традиционных скользящих электроконтактов в паре «юнибус -- контактная сеть», невысокие (в сравнении с железной дорогой в десятки раз меньшие) электрические мощности подвижного состава исключат загрязнение окружающей среды радиопомехами.

Освещение

В данном проекте предполагается использование юнибусов с автоматическим управлением. Поэтому сам юнибус не оснащается фарами, однако трасса СТЮ оснащается осветительными приборами, установленными на поддерживающих опорах, под опорным узлом. Наружные осветительные приборы должны обеспечивать освещенность трассы не менее 2 лк на расстоянии 500 м, внутренние осветительные приборы юнибуса - 100 лк на уровне сидения (0,86м от пола) и 10 лк на уровне пола.

Система отопле...