Высокоскоростные магистрали, стратегии будущего ОАО РЖД, на примере поезда

Другим представителем магнитных скоростных дорог является Германия (компания Transrapid) со своей магнитной скоростной дорогой Transrapid. Электромагнитная система этой дороги зависит от притягивающих сил отдельно отрегулированных электромагнитов, которые в качестве реактивной части ленточно установлены на обеих сторонах транспортного средства и от смонтированных на внутренней стороне пути пакетов активной стали статора. Магниты притягивают транспортное средство снизу к пути до зазора в 10 мм, направляющие магниты удерживают его сбоку в колее. Высоконадежная электронная система регулирования обеспечивает при этом стабильное «парящее» состояние.

Бесконтактный привод осуществляется от синхронного  линейного электродвигателя с длинным  статором, который служит также и  в качестве тормоза для служебного торможения. В отличие от обычных  транспортных систем в поездах Transrapid первичная приводная часть расположена  не в транспортном средстве, а в  шине. Для этого смонтированы феромагнитные  пакеты активной стали статора с  трехфазной кабельной обмоткой. В  этих обмотках образуется электромагнитное перемещающееся поле, которое совместно  с полем несущих магнитов способствует получению необходимой для поступательного  движения транспортного средства тяги. Изменением силы и частоты трехфазного  тока можно бесступенчато регулировать маршрутную скорость до 500 км/ч. Переменой  полярности магнитного поля осуществляется перемена направления тяги и, в этом случае, привод становится бесконтактным  тормозом.

Transrapid перемещается  по одно - или двухколейной шине, которая состоит из отдельных  несущих элементов шины из  стали или бетона, длиной от 25 до 31 м. Эти несущие элементы  устанавливаются обычно на стойках  на высоте 5 м.

Маршрутная  скорость до 500 км/ч сокращает время  путешествий до такого, которое до сих пор было известно только в  авиации. Transrapid - это не только скорость, но и безопасность и комфорт. Его  комфортабельность делает из каждой поездки впечатляющее событие. Transrapid скользит мягко без каких-либо толчков  и безопасно как никакая другая транспортная система. Сход с рельсов  исключается благодаря тому, что Transrapid как бы «охватывает» свою шину.

Развитие  совершенно новой транспортной технологии имеет смысл только в том случае, если она предлагает также и новые  решения в области экономики и экологии. Техника перемещения на магнитной подушке работает без сопротивления и, таким образом, без износа. Несмотря на высокую мощность это приводит к значительно сниженным издержкам на уход и техническое обслуживание, а благодаря этому и к более низким эксплуатационным затратам. Не смотря на то, что особо высокая доля инвестиционных затрат для этой транспортной системы выпадает на проложение путей, инвестиции на изготовление линии для магнитной скоростной дороги Transrapid не выше, а в труднопроходимой местности даже намного ниже, чем для современной железной дороги. Путь движения может гибко согласовываться с условиями ландшафта благодаря повышенной способности преодолевать подъемы (10% и более) и небольшому радиусу кривых (4000 м при 400 км/ч).

Таким образом, для магнитной скоростной дороги не требуется дорогих тоннелей, выемок и насыпей, что в свою очередь  является большим экономическим  и экологическим преимуществом. Расположенные обычно на стойках  шины занимают немного места и  не пересекают ландшафт и застроенные  площади. Кроме этого, ландшафт вдоль  пути не загрязняется выхлопными газами и другими вредными веществами. Благодаря  своим бесконтактным несущей  направляющей и приводной системам Transrapid не создает шумов от движения и приводных шумов. Он примиряет  человека и природу с современной  транспортной техникой. Из всего вышесказанного видно, что Transrapid оправдывает свой девиз: «Скорость, экономичность, защита окружающей среды».

Первый в  мире поезд, использующий магнитную левитацию поехал 1 января 2003 года. Из Шанхая. На испытаниях поезд достиг скорости 500 км/ч, однако пассажиры наслаждаются скоростью “всего” 400 км/ч.

Название  поезда - Transrapid 08, маршрут - Шанхай-Пудонг, длина маршрута всего 30 км, время  доставки - каких-то 7 минут.

Из обзора двух представителей магнитных  железных дорог мы видим, что данное направление развития высокоскоростного  железнодорожного транспорта имеет  большие перспективы и на практике внедряется уже сегодня.[3]

1.4 Разработки новых видов транспорта

 

Работы по созданию скоростных бесколесных поездов  на магнитной подушке ведутся  достаточно давно, в частности в  Советском Союзе с 1974 года. Однако и в 2006 году проблема наиболее перспективного транспорта будущего остается открытой и является широким полем деятельности для современных ученых. В данном разделе речь идет о достоинствах и недостатках новейших разработок совершенно нового вида транспорта.[Приложение 2, Рисунок 2 «Модель поезда на магнитной подушке»]

На рисунке 2 представлена модель поезда на магнитной  подушке, где разработчики решили перевернуть  всю механическую систему с ног  на голову. Железнодорожная трасса представляет собой совокупность расставленных  через определенные равные расстояния железобетонных опор со специальными проемами (окнами) для поездов. Рельсов  нет. Почему? Дело в том, что модель перевернута, и в качестве рельса служит сам поезд, а в окнах  опор установлены колеса с электромоторами, скоростью вращения которых дистанционно управляет машинист поезда. Таким  образом, поезд как бы летит по воздуху. Расстояния между опорами  подобраны таким образом, чтобы  в каждый момент своего движения поезд  находился, как минимум, в двух-трех из них, а один вагон имеет длину  большую, чем один пролет. Это позволяет  не только удерживать железнодорожный  состав на весу, но и, вместе с тем, при  отказе одного из колес в какой-либо опоре движение будет продолжаться.

Преимуществ использования именно этой модели достаточно. Во-первых, это экономия на материалах, во-вторых, вес поезда значительно  уменьшается (не нужно ни двигателей, ни колес), в-третьих, такая модель чрезвычайно  экологична, а в-четвертых, проложить  такую трассу в условиях густонаселенного города либо местности с неровным ландшафтом гораздо проще, чем в  стандартных видах транспорта.

Но нельзя не сказать и о недостатках. Например, если в рамках трассы одна из опор сильно отклонится, это приведет к катастрофе. Хотя, катастрофы возможны и в рамках обычных железных дорог. Другой вопрос, который ведет к сильному удорожанию технологии, это физические нагрузки на опоры. Например, хвост поезда, только выехавший из какого-либо конкретного  проема, если говорить простыми словами, как бы "повисает" и оказывает  большую нагрузку на следующую опору, при этом смещается и центр  тяжести самого поезда, что влияет на все опоры, в целом. Примерно такая  же ситуация возникает, когда голова поезда выезжает из проема и так  же "повисает", пока не достигнет  следующей опоры. Получаются своего рода качели. Как эту проблему намерены решать конструкторы (с помощью несущего крыла, огромной скорости, уменьшением  расстояния между опорами...), пока неясно. Но решения есть. И третья проблема - повороты. Поскольку разработчики решили, что длина вагона больше, чем один пролет, стоит вопрос поворотов.

Американский  проект Airtrain предполагает использование перевернутого вверх ногами Т-образного монорельса[Приложение 3, Рисунок 3 «Т-образный монорельс»], к которому подвешено некое подобие самолета. Во время движения он не касается самого рельса, за исключением подпружиненного контакта, питающего Airtrain электроэнергией. С поворотами, торможением и т.п. проблем нет. Например, при торможении на высокой скорости изменяется угол пропеллеров, а на низкой - Airtrain ведет себя точно так же, как и монорельсовые поезда. Средняя скорость - 320 км/ч, объем пассажиров в одном вагоне - около 92 человек. На самом деле это одна из самых реальных перспектив развития транспорта будущего. Это объяснимо, поскольку над созданием этого проекта трудились два очень авторитетных специалиста - Элвест Лель (Elvest L. Lehl), имеющий 30-летний стаж работы инженером в компании Being, и профессор аэрокосмической инженерии Глен Зумволт (Glen W. Zumwalt), работавший в проектах NASA, FAA и USAF. Первые испытания Airtrain пока только на модельном уровне не выявили каких-либо существенных недостатков. Но интересно другое - судя по расчетам, вся система, включая рельсы, транспортные средства и т.п. на протяженность 450 км, стоит $2,06 миллиарда, где один самолет Airtrain имеет цену от 11 до 16 миллионов долларов, а полтора километра трассы - $7.3 млн.

Как альтернатива этому существует чисто российская разработка, именуемая Высокоскоростным Струнным Транспортом Юницкого (СТЮ) [Приложение 4, Рисунок 4 «Высокоскоростной Струнный Транспорт Юницкого»]. В ее рамках предлагается использовать поднятые на опорах на высоту 5-25 метров предварительно напряженные рельсы-струны, по которым движутся четырехколесные транспортные модули. Себестоимость у СТЮ оказывается гораздо меньшей - $600-800 тысяч за один километр, а с инфраструктурой и подвижным составом - $900-1200 тысяч за км.

Но ближайшее  будущее видится все-таки за обычным  монорельсовым представлением. Причем в рамках монорельсовых систем сейчас откатываются новейшие технологии по автоматизированию транспорта. Например, американская корпорация Taxi 2000 создает монорельсовую систему автоматических такси SkyWeb Express[Приложение 5, Рисунок 5 «Пример монорельсового транспорта»], которые могут ездить как в рамках города, так и за его пределами. Водитель в таких такси не нужен (прямо как в фантастических книгах и фильмах). Вы указываете точку назначения, и такси само вас туда отвозит, самостоятельно выстраивая оптимальный маршрут. Тут получается все - и безопасность, и точность. Taxi 2000 на данный момент - наиболее реальный и осуществимый проект

Немцы из проекта Modular Automated Individual Transport предлагают применять  для перевозки людей и грузов некие контейнеры. Идея на самом  деле проста. Вы заходите в контейнер, указываете точку назначения. Система  рассчитывает оптимальный маршрут  с учетом всех транспортных магистралей. При этом в рамках MEIT разработаны  специальные системы для переноса контейнеров с помощью специального "тягача", подвешенного к рельсу, либо транспортные "тележки" для его перевоза по обычной асфальтированной дороге. И при этом не исключаются варианты взаимодействия со стандартными видами транспорта - поездами, кораблями, самолетами. То есть вы сели в контейнер, и больше ничего не нужно думать, за вас это сделает некая умная транспортная система.[4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Высокоскоростные магистрали, стратегии будущего ОАО РЖД

 16 марта для студентов УрГУПС прошла открытая лекция «Инновации на транспорте - подход SIEMENS», подготовленная профессором Рольфом Эпштайном. Лекция проводилась в режиме видеоконференции и транслировалась на весь университетский комплекс, в филиалы УрГУПС г. Перми, Кургана, Н-Тагила, Челябинска и др.

В лекции профессором из Германии были затронуты следующие темы:

• Современные системы управления поездами.
• Технологии для модернизации сортировочных станций. Полный комплекс решений.
• Системы Толлинга.
• Другие решения для транспорта и аэропортов.
• Инновационные проекты в области транспорта (мировой опыт).
• Интеллектуальные системы управления.

Тема инноваций является актуальной для России и для Уральского региона  в частности. Железнодорожный транспорт, объединяя в единый комплекс многие отрасли страны, должен проводить  эффективную инновационную политику. Основная задача инновационной политики на транспорте – разработка и внедрение  научно-технических достижений, которые  позволили бы вывести железнодорожный  транспорт на качественно новый  уровень развития. Инновации в  транспортной сфере позволяют минимизировать человеческий фактор, а значит существенно  повысить безопасность всего перевозочного  процесса.

По окончании лекции профессор  захотел встретиться со студентами 4 курса, желающими в этом году пройти практику на предприятиях компании Siemens AG в Германии. Студенты лично смогли задать интересующие их вопросы.[5]

 

2.1 Высокоскоростной поезд САПСАН от компании Siemens

Сапсан – это высокоскоростной электропоезд, эксплуатирующийся компанией "РЖД" на железных дорогах России. С декабря 2009 г. поезда "Сапсан" курсируют между Москвой и Санкт-Петербургом, а с июля 2010 г. также и по маршруту Санкт-Петербург - Москва - Нижний Новгород и обратно, а так же началась создаваться высокоскоростная магистраль Москва-Екатеринбург, в пути пассажиры будут находиться всего 8 часов.

Поезда "Сапсан" произведены в Германии компанией "Siemens" (Сименс) и представляют собой адаптированную для России широко распространенную модель Velaro (производственное обозначение поезда - Velaro RUS).

Свое  название российский поезд получил  в честь птицы "Сапсан" из отряда соколиных - самой быстрой птицы  в мире.

Конструкция поезда "Сапсан"

 

Поезд "Сапсан" сконструирован немецкой компанией "Siemens" на базе стандартной  платформы Velaro, на которой изготавливаются  поезда для европейских стран. В  то же время "Сапсан" имеет ряд  конструкционных отличий от своих  европейских аналогов[Приложение 6, Рисунок 6 «Поезд Сапсан»].

В частности, "Сапсан" способен работать при температуре наружного воздуха  до минус 50 градусов, а салон поезда шире стандартного (европейского) почти на 30 см, что связано с более широкой железнодорожной колеей в России и, соответственно, габаритом подвижного состава.

Поезд "Сапсан" способен развивать  скорость до 350 км./ч, однако на российских железных дорогах его скорость ограничена в 250 км./ч. В дальнейшем планируется увеличить скорость движения поезда на отдельных участках до 330 км/ч.

 

 

Таблица 1 «Характеристики поезда "Сапсан"»

Количество вагонов в составе	10
Вместимость (пассажиров)	554
Длина вагона (м)	25,53
Ширина вагон (м)	3,26
Ширина колеи (м)	1,52
Материал конструкции вагона	алюминий
Конструкционная скорость (км/ч)	250