Труднощі та проблеми у роботі швидкісних поїздів
Управляти швидкісним рухом зовсім не просто. Багато мандрівників часто навіть не підозрюють про зусилля, необхідні для подолання перешкоди на 200 км/год. Далі перелічено проблеми, спричинені швидкісним залізничним сполученням, та те, як залізничні оператори намагаються їх мінімізувати.
Проблема високого рівня шуму
Це спричинено високими швидкостями та є особливо тягарем для мешканців. У багатьох місцях шумові бар’єри зменшують шумове забруднення. Будівництво дамб ліворуч та праворуч від маршрутів також довело свою користь. Наприклад, у Німеччині баласт замінювали іншими матеріалами на випробувальних доріжках, такими як дерн або бетон із звукопоглиначами. Останні можна знайти на новій лінії від Франкфурта-на-Майні до Кельна. Шум виникає не тільки внаслідок взаємодії колеса і рейки, але і від пантографа. Аеродинамічно оптимізовані пантографи розроблені та використовуються для швидкісних поїздів.
В Японії норми охорони навколишнього середовища настільки суворі, що тривалий час поїздам дозволялося їздити лише зі швидкістю 270 км/год. Тільки з Series 500 було дозволено 300 кілометрів на годину на регулярному сполученні. Форма голови цього потягу Шинкансен заснована на зимородку і особливо тихо ріже повітря на високих швидкостях. Тут теж цікавий пантограф. На гойдалці є снаряди для зменшення турбулентності повітря. Технологію скопіювали з крил сови, яка, як відомо, летить практично безшумно.
При вході в тунель генеруються мікроударні хвилі (їх також називають мікро звуковими хвилями, мікроударними хвилями або звуковим бумом), які призводять до сильного вибуху. Качка, очевидно, довела себе як форма голови для швидкісних поїздів. Прикладами є іспанські AVE-S 102 та поїзди Shinkansen серії 700, Fastech 360S та його похідні E5 та E6.
Проблема високого опору повітря
Проблема високого зносу
Особливо страждають колеса, рейки та пантографи. З часом колеса зношуються і стають меншими. Оскільки їде швидко, поїзд долає великі відстані за дуже короткий час. Це означає, що колеса, включаючи осі, потрібно міняти через все коротші проміжки часу.
Ходові поверхні коліс і рейок злегка закруглені, коли нові. Навіть без фланців поїзд навряд чи зійшов би з рейок на прямих ділянках або пологих поворотах. Однак з часом поверхні ходу колеса та головки рейок вирівнюються, а бічні сили збільшуються - поїзд починає котитися. Спеціальні демпфери валків протидіють цьому.
Ще одна проблема велосипеда полягає в тому, що він з часом створює рівні плями. Тоді колесо вже не повністю кругле. Початок удару - на більших швидкостях ви чуєте брязкіт чи гудіння. Це пов’язано з пилом, який нерівномірно осідає на внутрішній стороні колеса, і рейками, які вже були пошкоджені іншими некруглими колесами, і повертають цей «малюнок» іншим колесам.
Рейки деформуються не тільки на поверхні, але і тоді, коли поперечні сили занадто високі. Це має місце у випадку, якщо поїзд повинен був взяти криву надто швидко. Як уже згадувалося, поїзди швидко зісковзували б у швидкісних поїздках, якби не були встановлені якісні демпфери рулону. В основному це пасивні демпфери, наприклад навіть активні в японській серії JR 500. Сили від транспортного засобу майже не передаються на колії, що значно збільшує термін їх служби. І навпаки, незначні помилки на колії майже не впливають на комфорт пасажира.
Проблема дорожнього полотна
Баластне ложе є найпоширенішим у всьому світі, але воно лише обмежено підходить для швидких поїздів. Важкі, швидкі поїзди змушують колії та шпали вібрувати, коли проходять повз них. З часом баластові камені, щільно укладені між шпалами, буквально перетираються. Настільки важливе утримання для доріжок втрачено. Результат: доріжки починають «плавати» і зміщуватися вбік. Такі дефекти колії збільшують ризик заносу та знижують комфорт водіння. Отже, для баластованої колії потрібно провести багато робіт з технічного обслуговування.
З іншого боку, плитні доріжки набагато зручніші в обслуговуванні. Рейки встановлені на бетонній проїжджій частині і більше не рухаються з місця. Разом із звукопоглиначами між коліями цей метод фіксації колії забезпечує максимальний комфорт водіння та зменшує витрати на обслуговування колії.
Труднощі з відведенням електрики
Під час руху на високій швидкості важко завжди підтримувати хороший контакт з контактним проводом. Через тиск контакту пантографа від 100 до 120 ньютонів проти повітряної лінії повітряна лінія починає вібрувати. Якщо хвиля вібрації контактного проводу є такою ж швидкою, як і поїзд, пантограф втрачає контакт. У гіршому випадку пантограф зруйнує повітряну лінію. Виконуючи більшу силу розтягування на лінії, швидкість поширення хвилі зміщується. Однак, якщо механічна сила розтягування буде занадто великою, контактний дріт порветься.
Якщо поїзди знаходяться в тязі (наприклад, ICE 2), два пантографи не повинні знаходитися занадто близько один до одного, щоб не надмірно збільшити тиск на повітряну лінію. Це означає, що два силові автомобілі ICE 2 ніколи не можуть бути зчеплені разом, і обидва мають пантограф одночасно на вершині. До контрольної машини можна підключити лише одну кінцеву машину, що живиться, або зчеплення 2-х контрольних машин.
Повітряні лінії завжди проходять зигзагом над пантографом. Це дозволяє уникнути утворення канавок на вуглецевих контактних смугах пантографа. Незважаючи на сучасні технології, наприклад, контактний провід на жвавій лінії Токайдо - Саньо доводиться оновлювати кожні три роки. Контактна стрічка пантографа має тривалість життя всього три дні!
Зменшення ваги поїзда
Докладаються зусилля, щоб заощадити вагу, щоб колії та надбудова не зношувалися так швидко. Найголовніше тут - низьке навантаження на вісь, яке за можливості має бути менше 18 тонн. У випадку з поїздами, локомотиви або силові вагони все ще залишаються найважчими компонентами поїзда. Ось чому Італія та нині Німеччина побудували так звані декілька агрегатів, в яких компоненти приводу розподілені по всьому поїзду. В Японії навантаження на вісь може бути зменшена навіть до 11,5 тонн. Цікава примітка збоку: хоча статичне навантаження на вісь на французьких поїздах TGV (TGV-PSE та TGV-A) нижче, ніж у ICE 1, ДВЗ має менший вплив на колії, ніж TGV через свої менші динамічні сили.
Використання спеціальних вимикачів
На перемикачах на високошвидкісних лініях, крім перемикача, є ще й рухома жаба. У разі правого перемикача він знаходиться на перетині правої прямолінійної залізничної лінії з лівою рейковою лінією, що повертається вправо. Це перекриває щілину, яка в протилежному випадку призвела б до провисання колеса та збиття з колії поїзда. Тож можна побудувати стрілочні переводи стрункими і бігати по прямій з швидкістю 280 км/год або вище, на відгалуженні - 200 км/год, у Франції - 230 км/год.
Високі витрати на будівництво та обслуговування
Нові лінії в Німеччині є одними з найдорожчих у світі через численні тунелі та мости. Швидкісні лінії повинні проходити якомога пряміше і мати лише невеликі нахили, щоб можлива змішана робота з вантажними поїздами. Однак у більшості інших країн на нових лініях дозволяється курсувати лише пасажирські поїзди. Експерти Deutsche Bahn це переконались, і нова лінія "Франкфурт-на-Майні - Кельн" була краще адаптована до ландшафту. Мабуть, як це не парадоксально, але цей шлях через Вестервальд є найдорожчим на сьогоднішній день маршрутом ДВЗ. Політики, безумовно, багато зробили цьому, вимагаючи, щоб люди були поруч із Монтабауром, Лімбургом та Зігбургом. Але екологи також закликали забудувати будівлі, де нічого не було потрібно, наприклад, 198-метровий тунель "Клюзе".
Маршрути Шинкансена в Японії підняті в густонаселених районах і межують зі звукоізоляційними стінами. У містах звичайні лінії часто точно нижче. Ця космічна проблема також сприяє вартості маршруту. Крім того, в Японії часті землетруси. Щоб не загрожувати пасажирам у поїздах, вздовж швидкісних залізничних шляхів встановлені датчики, які реєструють будь-яку тектонічну активність і, у разі небезпеки, змушують поїзди гальмувати. Роботи з технічного обслуговування на маршруті можуть проводитися лише за кілька годин. Навіть заміна колії повинна відбутися за цей надзвичайно короткий час. Через велику кількість поїздів Шинкансена не можна їхати по одній колії в будь-який момент без необхідності приймати серйозні затримки.
Складна технологія сигналізації та безпеки
Система захисту поїздів обов’язкова для швидкості понад 160 км/год. На додаток до технології візуальної сигналізації, також повинна використовуватися автоматизована опція, яка надає водієві інформацію про стан маршруту та наступний сигнал через дисплей. Наприклад, у Німеччині використовується управління лінійним поїздом (LZB).
Міжнародні перевезення
Кожна країна має свою філософію залізниці. Наприклад, якщо ви їдете з Німеччини до Франції, поїзд повинен бути оснащений джерелом живлення 15 кВ/16,7 Гц, а також 25 кВ/50 Гц. Поїзд також повинен впоратися із системами сигналізації та моніторингу, які поширені у Франції. Це стає ще складніше, якщо змінюється і ширина колії. Поїзди на французько-іспанському кордоні повинні бути переведені зі стандартної колії на іспанську широку колію. В Японії намагаються перестежити цілі кілька одиниць. Технологія набагато складніша, ніж вагони, оскільки осі декількох агрегатів частково приводяться в дію. Платформи різної довжини, висоти та відстані від вершини колії є проблемою міжнародного використання.
Політичні проблеми
Політика тут не повинна багато обговорюватися; Лише трохи поживи для роздумів: у Франції швидкісні маршрути можна реалізувати швидше, ніж у Німеччині. Якщо щось відповідає "суспільним інтересам" у Франції, жоден громадянин не може виступити проти цього та подати позов до суду. Наприклад, якщо його будинок рухається в майбутньому, він замінить вартість будинку або майна і повинен піти. У Німеччині, навпаки, кожен може звернутися до суду з позовом. З одного боку, це захищає індивідуальні права, але часом його експлуатують нещадно, що коштує часу та грошей. Для досягнення згоди часто слід приймати дорогі рішення, такі як штучні тунелі.
Резюме
Як бачите, високошвидкісний залізничний транспорт - це не просто швидша залізнична система, а розкіш, яку мало хто може собі дозволити. Для вирішення всіх згаданих проблем потрібно вкласти чимало грошей у під'їзні шляхи та транспортні засоби. Звичайними маршрутами не можна нехтувати фінансово. Якщо ви все-таки хочете знати, яка технологія є у швидкісному поїзді, рекомендується опис поїздів для Eurostar або ICE 3. Євротунель, будівництво якого я детально описав, також вважається технічним шедевром в галузі швидкого транзитного машинобудування. Також цікаво обговорити, яка система поїздів є кращою.
Нахильні поїзди
Деякий час також існують поїзди, які забезпечують короткий час проїзду на звичайних звивистих маршрутах і одночасно пропонують високий рівень комфорту швидкісних поїздів. До цього часу швидкісні поїзди завжди мали недолік можливості використовувати повну швидкість від 250 км/год до 300 км/год лише на спеціально обладнаних високошвидкісних лініях. Швидкі поїзди гальмують на звичайних звивистих маршрутах. Тому не дивно, що перші випробувальні машини з технологією нахилу з’явилися на початку 1970-х. Техніка нахилу призводить до того, що вагони поїзда нахиляються гідравлікою, електронікою або механікою, і поїзд може нахилятися в криву, як мотоцикліст. Це дає можливість швидше проїхати поїзд через повороти, не зменшуючи комфорту пасажирів завдяки відцентровим силам.
Зокрема, Італія та Швеція пропонують своїм пасажирам свій спідстер на багатьох маршрутах. Потяги, що нахиляються, почали працювати лише нещодавно в Німеччині та Швейцарії. Дивно, але питання технології нахилу у Франції вирішили досить пізно. Близько 1998 року французька державна залізниця SNCF провела випробувальні пуски з TGV-Pendulaire, модифікованим TGV-PSE. Однак серійного виробництва ще не було.
Найвідоміша технологія нахилу - це італійська Pendolino, вироблена Fiat (сьогодні: Alstom). Це можна знайти не лише у подальшій формі у всіх інших Пендоліносах, але і в ICE-T. Привід активно гідравлічний. Для випробувального поїзда TGV Pendulaire у Франції спочатку була використана технологія активного гідравлічного нахилу, але потім вона була перетворена на електромеханічну версію від Alstom. Шведський X2000 (X2) містить розробку від ABB - також активно гідравлічну. Siemens надала ICE-TD активну електромеханічну технологію нахилу. У будь-якому випадку тенденція до збільшення кількості поїздів Neitech посилиться, оскільки будівництво нових ліній стає все дорожчим та дорожчим.
Потяги з магнітною левітацією
Окрім чистокровних швидкісних поїздів та нахильних поїздів, існує також третій тип поїздів, що забезпечує швидкісні поїздки. Ми говоримо про потяг маглев. У всьому світі лише Японія та Німеччина пропонують поїзди, які вже працюють, хоча технології в Німеччині все ще трохи випереджають японські технології. Однак різниця зменшується, оскільки німецький Transrapid є дуже суперечливим проектом, а будівництво лінії Transrapid у Німеччині в довгостроковій перспективі не вдалося.
Transrapid був готовий до використання ще в 1995 році. Випробувальний центр в Емсланді вражаюче продемонстрував, що швидкість понад 400 км/год не становить проблем для поїздів з магнітною левітацією. Перш за все, хороша розгінна здатність допомагає потягу досягати високих середніх швидкостей. На відміну від інших поїздів, тяговий двигун розташований у колії. Transrapid несеться та прискорюється рухомим магнітним полем на невеликій відстані від маршруту.
Надпровідність відіграє вирішальну роль в Японії. Магніти охолоджуються до майже -273 градусів Цельсія до майже абсолютного нуля. Електричний опір зникає, і створюється сильне магнітне поле. Maglev (Магнітна Левітація) може плавати лише зі швидкістю 100 кілометрів на годину. До цього колеса повинні нести поїзд. Японський потяг з магнітною левітацією досяг максимальної швидкості 581 км/год, і зараз японці претендують на "Блакитну стрічку залізниці", яку французький TGV-Atlantique досі називав власною швидкістю 515,3 км/год. Однак невиправдано, щоб Маглєв отримав цю нагороду, оскільки техніка пересування залізничних поїздів принципово відрізняється від техніки машин з магнітною левітацією і не є порівнянною. Колеса на Maglev використовуються лише до 100 км/год, після чого поїзд ширяє. У будь-якому випадку, на цьому веб-сайті ви можете дізнатись більше про Transrapid або Maglev в Японії.
На закінчення можна сказати, що швидкісний рух є дорогим, але виправданим. Зрештою, поїзди повинні заманювати пасажирів на рейки, і це можливо лише при привабливому часі поїздки та високому рівні комфорту. Безпека та надійність, звичайно, є головним пріоритетом, і аварія на поїзді в Ешеде нічого не змінює. Поїзд - один із найбезпечніших видів транспорту у світі. В Японії не було на що скаржитися, оскільки швидкісна залізниця почала працювати в 1964 році. Потяг з магнітною левітацією, безумовно, зарекомендує себе в майбутньому, хоча його використання як трансферу до аеропорту не підходить для надшвидкісних поїздок, і ця технологія була б вигіднішою для США чи Австралії.