Тема 1 Требования к высокоскоростному подвижному составу.
Вопросы, рассматриваемые в теме:
1 Общие сведения о истории развития высокоскоростного подвижного состава.
2 Общие требования к высокоскоростному подвижному составу.
3 Технические требования к системе показателей динамических качеств подвижного состава.
4 Требования к маркировке высокоскоростного подвижного состава.
5 Требования к охране окружающей среды при использовании высокоскоростного подвижного состава.
Практическое занятие 1. Требования безопасности к высокоскоростному подвижному составу и составным частям при проектировании и производстве.
Глоссарий по теме:
Железнодорожный подвижной состав - подвижной состав, включающий в себя локомотивы, грузовые вагоны, пассажирские вагоны локомотивной тяги и моторвагонный подвижной состав, а также иной, предназначенный для обеспечения осуществления перевозок и функционирования инфраструктуры железнодорожный подвижной состав.
Скоростной железнодорожный подвижной состав - железнодорожный подвижной сос тав, включающий в себя локомотивы, пассажирские вагоны, мотор-вагонный подвижной состав, предназначенные для обеспечения перевозок со скоростями движения свыше 140 до 200 км/ч.
Высокоскоростной железнодорожный подвижной состав (ВСПС) - железнодорожный. подвижной сос тав, включающий в себя моторные и немоторные вагоны, предназначенные для перевозки пассажиров и багажа, почты со скоростью более 200 км/ч.
Теоретический материал
Общие сведения о истории развития высокоскоростного подвижного состава.
Скорость современных поездов не превышает 350 км/ч, на более высоких скоростях возникают различные физические и электрические проблемы. Возможно, в будущем появится сверхвысокоскоростной транспорт со скоростью более 350 км/ч. Общая протяженность высокоскоростных магистралей (ВСМ) в мире в настоящее время составляет без малого 7000 км, в том числе 3750 км в Европе, причем высокоскоростные поезда обслуживают также полигон протяженностью около 20 тыс. км обычных железнодорожных линий, реконструированных под скоростное движение.
В 19-ом и в начале 20-ого столетия железнодорожные поезда были единственной формой общественного транспорта. Железнодорожные компании в Европе и Соединенных Штатах для борьбы с наступающими самолётами в 30ых годах использовали высокоскоростные паровозы со скоростью 130-160 км/ч. Вторая мировая война приостановила развитие скоростного транспорта. В 1957 компания «Odakyu Electric Railway» из Токио создала Romancecar 3000 SSE. Эта система узкоколейных поездов с максимальной скоростью 145 км/ч дала японцам веру в то, что они могут благополучно строить еще более быстрые поезда без перестройки путей.
Идея отдельной высокоскоростной железной дороги родилась в Японии так как железная дорога между Токио и Осакой была перегружена. Первой в мире "высокоскоростной железной дорогой" стала «Tōkaidō Shinkansen», официально открытая в октябре 1964 (строительство началось в 1959 году). Поезда Shinkansen нулевой серии, построенные Кавасаки, достигали скорости в 200 км/ч (средняя скорость 160 км/ч) на маршруте "Токио - Нагоя - Киото - Осака".
Краткая хронология:
ü 1979 Во Франции представлены поезда TGV, они перемещаются со средней скоростью 213 км/ч и с максимальной скоростью в 300 км/ч.
ü 1990 Во Франции TGV поставил мировой рекорд скорости для электропоездов, скорость составила 515 км/ч.
ü 1990ые Amtrak представляет первую и единственную систему Acela Express в США.
ü 2007 В Испании представлены поезда со скоростью 350 км/ч.
И в Японии и во Франции начальным стимулом для введения высокоскоростного железнодорожного транспорта была потребность в дополнительной вместимости, чтобы удовлетворить увеличивающийся спрос на пассажирские железнодорожные перевозки. В обоих случаях решили строить полностью отдельную прямую пассажирскую высокоскоростную линию.
Итак, чем же обладают страны на данный момент?
Япония - первопроходец высокоскоростного железнодорожного транспорта. В Японии этот транспорт носит название СИНКАНСЕН (Shinkansen; "Новая магистральная линия") и управляется «Japan Railways Group». Его также называют "Суперэкспресс" (, chō-tokkyū) – термин, первоначально используемый для поездов Хикари, было официально отменен в 1972 году, но все еще используемый в англоязычных объявлениях и обозначениях.
(Слайд 2. - Рис. 1. Сеть ДПК Япония)
В отличие от старых линий (колея 1067 мм), Синкансен использует общепринятую колею (1435 мм). Участок Синкансена между городами Токио и Осака длиной 515 км был открыт в 1964 г. (первая в мире высокоскоростная железная дорога). В 1972 г. он был продлён на 160 км до г. Окаяма, а в 1975 г. на 393 км до станции Хаката в г. Фукуока на о. Кюсю. Поезд "Хикари", местами разгоняющийся до 210 км/ч, преодолевает 1068 км между Токио и Хаката менее чем за 7 часов. В 1982 г. вступили в строй ещё 2 линии, ведущие из Токио в г. Ниигата и в г. Мориока. Скорости на них достигают 240 км/ч, а на одном из участков даже 300 км/ч. Многие перегоны Синкансена проложены в туннелях и на виадуках. На своих линиях японцы предусмотрели зашиту от тайфунов и землетрясений. (Слайд 2. - Рис. 2. JR500)
Хотя в значительной степени это система дальних перевозок, Синкансен также служит транспортом некоторым жителям пригородных городов, которые работают в столице и вынуждены работать в столице. (Слайд 2. Рис. 3. )
В 1996 году на тестовых испытаниях была достигнута скорость 443 км/ч для обычного рельса, а 2003 году был установлен мировой рекорд скорости для поездов, использующих магнитную левитацию, - 581 км/ч. Синкансен долгое время был визитной карточкой Японии и предметом гордости.
План развития высокоскоростного движения в Европе представлен на Слайде 3. (Рис. 4) Рассмотрим использование высокоскоростного подвижного состава в странах Европы.
Италия - стала европейским пионером в высокоскоростных железных дорогах и создателем оригинала поездов серии 'Pendolino' – поезда с системой наклона, которые были широко приняты в нескольких странах, чтобы лучше всего использовать обычный путь(в противоположность специально построенному высокоскоростному). (Слайд 4. - Рис. 5 ). Первый путь который соединил Рим с Флоренцией (254 км) в 1978 году. Максимальная скорость этой линии была (и это по сей день, так как он питается от 3 кВ постоянного тока) 250 км/ч. Время поездки между этими двумя городами - около 90 минут, и поезда идут со средней скоростью 200 км/ч. Обслуживание выполняет Еurostar Italia (ETR 4xx, также известный как Pendolino, ETR 500, и AGV), поезда не связаны с поездами Еurostar, работающими в Великобритании). Италия обширно использует технологии наклона поезда на повороте "Pendolino", основанная на исследованиях предпринятых в 1970-ых Fiat Ferroviaria в Savigliano. (Слайд 4. - Рис. 6 )
Treno Alta Velocità строит новую высокоскоростную сеть на маршрутах Турин - Салерно и Турин - Триест. Линия Рим-Неаполь открылась для в декабре 2005, а Турин-Милан, частично открыт в феврале 2006. Обе линии имеют скорости до 300 км/ч.
Франция. Французы держат сейчас пальму первенства в скорости. Французские линия называется TGV, разработана она GEC-Alsthom и национальным французским железнодорожным оператором SNCF. В настоящее время управляется, в основном, SNCF. Первая ветка была открыта в 1981 году между Парижем и Лионом. (Слайд 5. - Рис. 7. )
Система TGV с центром в Париже с тех пор сильно расширилась, чтобы соединить города по всей Франции и в смежных странах. Соседние страны (Бельгия, Италия, Испания и Германия), завидуя успеху лягушатников, начали строить собственные высокоскоростные линии. Связь TGV со Швейцарией через французские железные дороги; с Бельгией, Германией и Нидерландами через сеть „Thalys”, и „Eurostar” связывает Францию и Бельгию с Великобританией. Ещё несколько линий запланированы как во Франции так и за её пределами. (Слайд 5. - Рис. 8. ), (Слайд 5. – Рис. 9. )
Поезда TGV ходят со скоростью до 320 км/ч. 3 апреля 2007 года на испытаниях особо измененный поезд достиг скорости 574.8 км/ч. Его высокая скорость, почти равная скорости опытных поездов на магнитной подушке, была достигнута с помощью специально разработанного LGV без острых кривых и с мощными электрическими двигателями, с низким весом на ось, вагоны обтекаемой формы и кабинная сигнализация, устраняющая потребность в наружных сигнальных устройствах.
Поезда TGV изготавливаются в основном Alstom, теперь часто с привлечением субподрядчика, например Bombardier. За исключением маленького количества TGV, используемых для перевозки почты между Парижем, Лионом и Провансом, TGV, прежде всего, – пассажирские перевозки. Поезда, скопированные с проектов TGV работают в Южной Корее (KTX), Испания (AVE) и США (ACELA Express). (Слайд 5. - Рис. 10 ).
Путешествие TGV в значительной степени заменило путешествие самолётом между связанными городами, из-за более короткого времени поездки (особенно для поездок продолжительностью меньше чем три часа), в поезде нет регистрации, досмотра службы безопасности и посадки, станции удобно расположены в центрах городов. TGV - очень безопасный транспорт; пока ещё не было крупных катастроф с ним.
Германия. Строительство первых немецких высокоскоростных линий началось вскоре после французских TGV. Юридические баталии вызвали существенные задержки, так, что поезда InterCityExpress (ICE) были развернуты спустя только десять лет после сети TGV. В результате другого общественного фактора система ICE более сильно объединена с существующими ранее линиями и поездами. Поезда ICE почти сразу стали ходить в Австрию и Швейцарию. (Слайд 6. - Рис. 11. ). Начиная с 2000 года мультисистемные поезда ICE третьего поколения стали ходить в Нидерланды и Бельгию. Третье поколение ICE имеет среднюю скорость в 330 км/ч и максимальную скорость до 363 км/ч. Ещё в 2001 году пытались пропустить поезд ICE по французским путям TGV, но реальные испытания были закончены только в 2005 году. В настоящее время, поезда ICE 3M ходят на линии Франкфурт / М - Париж. (Слайд 6. - Рис. 12. ).
В отличие от TGV или Синкансена, первое поколение ICE имело в анналах крушение на высокой скорости (рядом с Eschede). После крушения были перепроектированы колеса ICE. Германия также развивала Transrapid, поезд на магнитной подушке. Transrapid достигал скоростей до 550 км/ч. Испытательный путь длиной в 31.5 км функционировал в Emsland. (Слайд 6. - Рис. 13. ).
Великобритания. Родина индустриализации Великобритания медленно плетётся в конце. Самые быстрые в Великобритании линии работают со скоростями всего 201 км/ч - Главная Линия Западного Побережьея (WCML), Главная Линия Восточного Побережьея (ECML) и Главная Большая Западная Линия. Попытки увеличить эти скорости до 225 км/ч на WCML и ECML терпели неудачу по различным причинам, преимущественно потому, что при скорости более чем 201 км/ч требуют передачи сигналов в кабину. Однако в 2009 году, поезда, способные развивать 225 км/ч будут введены на внутренних линиях между Лондоном и Кентом.
Возможно, из-за продолжающегося роста высокоскоростных железных дорог в континентальной Европе и неудач, с которыми сталкиваются внутренние проекты высокоскоростного транспорта в Великобритании, растёт движение в промышленных и правительственных кругах по созданию новой высокоскоростной линии между севером и югом.
Финские железные дороги. Sm3 - высокоскоростной состав VR Group, построенный Fiat Ferroviaria (за исключением первых двух поездов, которые были построены в Финляндии Rautaruukki-Transtech). Это - член семьи поездов Pendolino, проект, основанный на ETR 460. Sm3 ездит с максимальной скоростью 220 км/ч (максимальная скорость этого типа 248 км/ч), однако эта скорость достигается на одном отрезке между Kerava и Lahti. В общем они мало чем отличаются от обычного финского "Pendolino", скоростные поезда отмечаюися буквой S. (Слайд 7. - Рис. 14. )
Система Pendolino была выбрана в начале 1990-ых из-за того, что в Финляндии железнодорожные пути имеют очень много поворотов. Благодаря своему механизму наклона, Pendolino – в отличие от других европейских высокоскоростных поездов (TGV, Thalys, и AVE) – не обязан ездить по специализированных высокоскоростным линиям. Это решение имеет и плюсы и минусы. Поезд не может ездить на очень высоких скоростях, как например TGV, из за железнодорожного пути. Однако, Pendolino может также ездить рядом со "стандартными" поездами, как результат - большее использование железной дороги.
Есть страны в которых действуют сразу несколько высокоскоростных систем. Например:
Бельгия: здесь сосуществуют сразу четыре типа высокоскоростных поездов: Thalys, Eurostar, ICE и поезда TGV. Все они останавливаются в Брюсселе на южном вокзале, наибольшем вокзале Бельгии. С 2007 Eurostar соединяет Брюссель с Лондонской станцией St Pancras. Немецкий ICE 3 работает между Брюсселем, Льежем, Кельн и вокзалом во Франкфурте на Майне.
Линия HSL Zuid соединит Нидерланды и Бельгию, Амстердам с Брюсселем, через Схипхол, Роттердам и Бреда. Эту линию будут обслуживать недавно отремонтированные поезда. На линии будет также использовать внутренние поезда, которыми будет управляет NS Hispeed. Однако, эти поезда еще не поставил Bombardier, что наряду с проблемами ERTMS задерживает открытие линии. Стоимость линии – 6.9 млрд. евро.
Норвегия. В Норвегии в настоящее время, единственный высокоскоростной железнодорожный путь Норвегии - Gardermobanen, 60-километровая линия между Центральным вокзалом Осло и Эйдсволл проходящая через Аэропорт Осло. Этот маршрут обслуживает Flytoget, объединяя новый аэропорт Осло и столицу с пригородами на скоростях до 210 км/ч.
Швеция сегодня эксплуатирует многие высокоскоростные поезда (средняя скорость 200 км/ч), включая X2, широкий и двухэтажный наклоняющийся региональный поезд, и Экспресс Аэропорта Арланда X3. Несмотря на то, что и X2 и X3 позволяют достигнуть 205 км/ч, их можно технически рассмотреть как высокоскоростные поезда. X2 ездит между многими городами в Швеции, включая Стокгольм, Гетеборг, Мальм. Поезда Экспресса Арланда соединяют Аэропорт Стокгольма-Арланда и Стокгольм. (Слайд 8. - Рис. 15. ).
Испания. AVE, акроним Alta Velocidad Española (что означает "испанский высокоскоростной," а также и игра на слове ave, означающем "птицу" на испанском языке) - это высокоскоростная железнодорожная система, работающих на скоростях до 320 км/ч на специальном пути, например Мадрид - Барселона (1435 мм). В отличие от остальной части испанской ширококолейной сети (1668 мм), AVE использует стандартную колею, предусматривая прямые связи вне Испании в будущем. (Слайд 9. - Рис. 16.)
Всеми поездами AVE в настоящее время управляет RENFE, испанская государственная железнодорожная компания, хотя возможно, что частным компаниям могут разрешить управлять этими линиями в будущем. На линии от Мадрида до Севильи, обслуживание гарантирует максимальное опоздание в 5 минут и предлагает полное возмещение, если поезд опоздал на большее время (по статистике только 0.16 % поездов опаздывают сильнее. В этом отношении, точность AVE исключительна по сравнению с другим услугами RENFE. На других линиях AVE, это обещание точности более слабо (Слайд 9. - Рис. 17. ).
Talgo поезда оснащены системой изменения расстояния между колесами, поэтому они могут перемещаться по высокоскоростных линияx стандартныx и широкиx. (Слайд 9. - Рис. 18.).
Турция. Турецкие государственные железные дороги начали строить высокоскоростные железные дороги в 2003 году. Первая линия, которая имеет длину 533 км из Стамбула (наибольший город Турции) через Eskişehir к Анкаре ещё строится и уменьшит время путешествия от 6-7 часов до 3 часов 10 минут.
США. Развитие высокоскоростных железных дорог США начали наравне со всеми. Паровозы 30-ых годов достигали скорости в 160 км/ч и в 1966 году на Нью-Йоркской железной дороге испытали реактивный поезд. В США очень развлетлённая сеть обычных железнодорожных линий. В начале 50ых многие считали, что Америка будет впереди всей планеты по внедрению высокоскоростных поездов. Однако, в Америке до сих пор нет ни ICE, ни Синкансена. В Соединенных Штатах акцент пришёлся на построение огромной национальной системы автомагистралей между штатами и строительстве аэропортов.
Корея. Корейский высокоскоростной поезд КТХ – высокоскоростная система Южной Кореи. Ей управляет Korail. Технология поезда в значительной степени основана на французской системе TGV, и имеет максимальную скорость 350 км/ч, ограниченную до 300 км/ч во время регулярных рейсов для безопасности. Эта линия связывает столицу Сеул с двумя крупнейшими портами страны - городом Мокпо на юго-западном побережье и городом Пусан на юго-восточном. HSR-350x достиг максимальной скорости в 352.4 км/ч.
Народная Республика Китай перестроила к апрелю 2007 года несколько линий, что привело к увеличению максимальной скорости и позволяло использовать 6003 км железной дороги на скоростях до 200 км/ч. Теперь 257 поездов могут работать на скорости 200 км/ч и выше. Чиновники из Министерства Железных дорог говорят, что 850 км путей на 18 главных линях были одобрены для поездов со средней скоростью 250км/ч. Часто высокоскоростные линии соединены с обычными линиями с интенсивным движением (5 минутный интервал).
Нельзя однако забывать и о Шанхайском поезде на магнитной подушке, построенном по технологии Трансрапид в сотрудничестве с Siemens, Германией, который эксплуатируется с марта 2004 года.
Россия. Текущая самая высокая скорость железной дороги в России – линия Москва-Санкт-Петербург с максимальной скоростью 200 км/ч, по ней ходят поезда российского производства. Эту линию будут модернизировать до 250 км/ч, для использования немецкого ICE 3. Планы относительно других железных дорог следующие: Хельсински - С-Петербург собираются использовать „Pendolino ETR 460”, и Москва-Сочи перейдут на „Синкансен”. (Слайд 10. - Рис. 19 ). В настоящее время самые быстрые поезда на этом маршруте - "Er-200" и "Невский экспресс" с круизной скоростью 160-180 км/ч. Хельсинки - Санкт-Петербург: Финляндия и Россия договорились о высокоскоростной линии, связывающей Хельсинки и Санкт-Петербург, первоначально было запланированно использование существующих финских Pendolino, в августе 2007 года Alstom подписал контракт с Oy Karelian Trains на четыре новых Pendolino и, вероятно, еще двух.
Следует отметить, что Россия купила семь поездов Talgo, два из них уже проходит испытания в России. (Слайд 10. - Рис. 20. )
Маглев-колея (Maglev – анг. Magnetic Levitation), это нетрадиционная колея, где традиционное рельсы полотно заменено системой электромагнитов. (Слайд 11. - Рис. 21. ). Характерным свойством маглев-колеи является подвеска поезда, удерживаемого над полотном дороги, движимого и управляемого силой электромагнитного поля, который в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса. (Слайд 11. - Рис. 22).
Для осуществления этого задания используются электромагниты, выполненные из сверхпроводников (Япония) или традиционные (Германия). Это дает возможность развивать большие скорости (до 600 км/ч). Маглев-колея существует в Японии, Китае – системы JR Maglev, а также MLU и Германии - M-Bahn и Transrapid. В условиях пионерских коммерческих решений, к которым относится, прежде всего, Шанхай Маглев, скорость в настоящее время ограничивается до 431 км/ч.