- наличие четкой, постоянно работающей обратной связи между продуцентом подвижного состава и его собственниками по всем возникающим проблемам;
- маркетинг в направлении большего внимания к эволюции, а не революции конструкций двухэтажных вагонов;
- сбор, анализ и учет постоянно меняющихся запросов и требований пассажиров к условиям перевозок;
- постоянное повышение уровня комфорта в вагонах;
- соблюдение исполнительской дисциплины на всех этапах «жизни» вагона – поддержание традиционного немецкого «ordnung» во всем (кстати, последнее находит подражание в японском качестве и французском изыске).
Начиная с 2007 г. вагоны оборудуют многофункциональной поездной шиной, благодаря чему можно относительно просто адаптировать их к работе в различных условиях.
Приведенная оценка послужила основанием для применения двухэтажных вагонов на Французских Национальных железных дорогах, SNCF, в поездах TGV Duplex (сейчас используются более 1000 вагонов с максимальной скоростью в регулярном сообщении 320 км/ч), в японских электропоездах Shinkansen E1, Shinkansen E4, а также американских вагонов типа Superliner, вагонов в финских поездах Inter City 2, бельгийских вагонов типа M6 и др.
Для железных дорог Северной Америки, компания Bombardier Transportation, начиная с 1975 года, построено свыше 660 двухэтажных пригородных вагонов локомотивной тяги. Все вагоны оснащены кондиционерами воздуха и автоматами для продажи билетов; в них предусмотрены многофункциональные отсеки для складирования багажа и размещения велосипедов.
6.5. Проблемы и перспективы двухэтажных вагонов
Если в других областях жизни человека проблемы этажности фактически не существуют – с ними либо примирились, либо они не замечаются, то на железнодорожном транспорте они есть и требуют внимания. Они связаны: с поперечной устойчивостью двухэтажных вагонов при воздействии на них боковых нагрузок, увеличенным аэродинамическим сопротивлением, усложненной конструктивной схемой, с движением таких вагонов по мостам и инженерным сооружениям старой постройки, размещением контактной подвески на электрифицированных линиях, входом/выходом на высокие и низкие пассажирские платформы, подъемом пассажиров с багажом и ручной кладью на второй этаж, перемещением пассажиров по поезду, переходом их из вагона в вагон, увеличенным временем посадки/высадки, обеспечением необходимого комфорта в ограниченных пространствах вагона.
Увеличение высоты вагона повышает его центр тяжести, а большая боковая поверхность, - увеличивает боковую нагрузку от ветра. Вместе они при той же ширине колеи понижают поперечную устойчивость вагона в прямых и кривых участках пути. Традиционные пути уменьшения этого влияния мало что дают в этом отношении; проблема остается.
Аэродинамическое сопротивление формы прямо пропорционально величине миделя (поперечного сечения) и формы отдельных частей вагонов поезда. Мидель у двухэтажных вагонов почти на треть больше, чем у традиционных вагонов; боковая поверхность двухэтажных вагонов также почти на треть больше, чем у одноэтажных вагонов; эти вагоны возвышаются над обычными вагонами – все это увеличивает аэродинамическое сопротивление. При небольших скоростях, до 120 км/ч, им пренебрегают, но у таких поездов, как французские TGV Duplex, которые двигаются со значительно бóльшими скоростями это увеличение необходимо учитывать при выборе силовой установки поезда.
Использование подвагонной междутележечной части вагона приводит к тому, что раму для передачи продольных нагрузок приходится преобразовывать из плоскостной (как у одноэтажных вагонов) в пространственную изогнутую конструкцию. В результате к деформациям сжатия-растяжения добавляются изгибные от продольных сил за счет несоосности (эксцентриситета) их приложения. Поэтому основная несущая конструкция усложняется, увеличивается ее масса, появляется необходимость использования новых решений и материалов.
Хотя двухэтажные вагоны и сооружаются под существующие габариты подвижного состава, они могут эксплуатироваться и на железнодорожных линиях, на которых еще используются старые, не реконструированные путепроводы, мосты, тоннели и другие инженерные сооружения. Для безопасного проезда по таким линиям нужна система ограничений. Это касается также и контактной подвески системы электроснабжения, так как токонесущий провод приближается к крыше и становится небезопасным возможное нахождение на ней людей.
Проблема высоких и низких платформ существует не только для двухэтажных вагонов; она есть и у традиционных, одноэтажных вагонов. Успешного решения пока не найдено. По маршруту следования могут встречаться любые по высоте платформы. Если на станциях будут только высокие пассажирские платформы, то конструкция вагонов под них будет проще, а посадка/высадка с высоких, но более дорогих платформ, будет осуществляться быстрее и проще, чем с низких, с которых она производится продолжительнее и сложнее.
При использовании более вместительных вагонов, возникает проблема увеличения емкости платформ. Затраты на переоборудование «береговых» платформ меньше, чем «островных». Как видно, это также не простая задача, и требующая своего решения.
Объем двухэтажных вагонов увеличивается на треть, а количество пассажиров – почти на половину. Поэтому возникает проблема рационального использования полезного пространства между пассажирским салоном, вспомогательными и дополнительными помещениями, а также проблема размещения верхней одежды, багажа и ручной клади при соблюдении комфортных условий и прибыльности перевозок. Она также требует своего специального разрешения.
Решение проблемы передвижения пассажира по поезду зависит от того, каким мы хотим сделать поезд: единым открытым пространством для всех пассажиров, с купированными вагонами и с возможностью перемещаться пассажиру по всему поезду или составом из автономных изолированных вагонов. От того, каким будет принято решение, зависит и конструкция вагонов. В первом и во втором случаях, есть место в поезде для вагонов-ресторанов, багажных, вагонов дневного и ночного времяпровождения, вагонов культурного назначения и пр. и ими можно воспользоваться пассажиру любого вагона. В последнем случае, в каждом вагоне должен находиться набор всех удобств и развлечений для пассажиров данного вагона, даже если он ими не пользуется.
До настоящего времени пассажирский вагон рассчитывался на максимальную населенность, уровень комфорта в наших вагонах был не высоким. Сейчас же для привлечения пассажиров, уровень комфорта в вагонах должен повышаться. При этом стоимость проезда не должна отвлекать потенциальных пассажиров от железной дороги; проблема должна решаться в направлении «цена-качество». В целом, это также очень не простая проблема с наличием противоположных интересов и с взаимно исключающимися факторами.
Не смотря на проявляющийся интерес к двухэтажным вагонам, попытаемся оценить перспективу их использования в нашей стране. Рассмотрим отдельно исследовательскую, научную и практическую сторону этой проблемы.
С научной точки зрения, при наличии финансирования, над проблемой создания и использования двухэтажных вагонов работать нужно. Это интересно.
Практическая сторона дела упирается в экономику, в прибыльность перевозок. Если сейчас пассажирские перевозки неэкономичны и более чем на половину дотируются, то при увеличении населенности пассажиров до 60% появляется некоторая доля прибыльности, но при условии, если не учитывать затраты на приобретение, содержание и утилизацию нового подвижного состава, реконструкцию железнодорожной инфраструктуры, приобретение новой техники и технологий и пр. Поэтому нужны маркетинговые исследования по пассажирским перевозкам, миграционным потокам и демографии населения. Без решения этих проблем использование двухэтажных вагонов прибыли не принесет. К тому же интенсивность перевозок пассажиров неуклонно снижается [6.1].
Рассматривается также возможность использования двухэтажных спальных вагонов с 4-х местными купе на 68 пассажиров для создания опытных поездов. Такой опыт есть у Японии. Там для привлечения пассажиров дальнего следования для поездок ночными поездами ввели в эксплуатацию ночной электропоезд Sunrise Exspres с двухэтажными вагонами. Планировка и оснащение пассажирских салонов были выбраны такими, чтобы у пассажиров складывалось ощущение "домашней" обстановки. Были использованы кресла, кровати, светильники и другие привычные элементы домашней утвари. Они создают в поезде уют и комфорт. Этому способствуют и стеновые панели, изготовленные из новых композиционных материалов приятных теплых оттенков, хорошая звуко- и теплоизоляция помещений. В поезде имеются салоны и купе нескольких классов, душевые отделения, телефоны.
7. СОЧЛЕНЕННЫЕ ВАГОНЫ
Принцип сочленения широко используется в жизни, технике, технологиях и, конечно же, на транспорте, том числе, железнодорожном при создании различных составов и поездов. Поэтому можно утверждать, что это естественный способ образования сложных структур из элементарных.
Сочленения могут образовываться естественным образом, как, пример, скелетно-мышечные группы у животных, так и создаваться искусственно, например, при передаче мощности через валы Дж. Кардана. Цели их создания разнообразны. Но в любом случае при этом преследуется одна главная цель – создание такой конструкции больше отвечает насущным потребностям и более выгодно, чем работа каждого из составляющих элементов в отдельности.
Под термином «сочленение» (от лат. articulatio – сочленение) понимается одна из разновидностей подвижных соединений, которая объединяет отдельные элементы подвижного состава в единую «жизнеспособную» конструкцию. При этом составляющие элементы не могут автономно выполнять функции сочлененной конструкции. Поэтому правильнее говорить не о сочлененных вагонах, а о сочлененных поездах или секциях.
Как известно, грузовые поезда создаются из отдельных вагонов, соединенных с локомотивом. Это необходимо, так как такой поезд существует в неизменно соединенном состоянии недолго. К нему в пути следования постоянно подсоединяются новые вагоны с грузами и отцепляются – те, которые достигли станции назначения. Для таких поездов соединять вагоны в виде сочленений для традиционной технологии перевозок невыгодно.
Напротив, есть много видов поездов, которые в неизменном виде существуют достаточно долго. Это пригородные электро- и дизельпоезда, пассажирские, рефрижераторные и контейнерные секции и поезда, поезда городского транспорта и метро, различные специальные маршрутные поезда и др. Такие поезда и секции подолгу не расцепляются, составляют единый «организм» и даже в ремонт одного из вагонов, все вагоны направляются в ремонтное предприятие вместе. Для таких поездов вырисовываются определенные преимущества использования соединений вагонов в виде сочленений.
7.1. Преимущества сочленения вагонов
Существующее разнообразие сочлененных поездов объясняется стремлением получить положительные результаты. Наиважнейшие из них следующие:
- улучшение динамики движения;
- преодоление кривых участков пути без выноса наружу концевых частей вагонов;
- лучшее вписывание тележек в кривые участки пути;
- создание единой архитектуры поезда;
- меньшее количество ходовых, ударно-тяговых и тормозных частей на поезд такой же длины, но соединенных по традиционной схеме;
- более простая коммуникация вагонов в поезде;
- меньшее число соединений и разъединений поезда;
- более рациональное использование допускаемых нагрузок на колесные пары и путь;
- создание большего внутреннего объема вагона для пассажиров и полезной нагрузки;
- увеличение населенности вагонов;
- улучшенный переход пассажиров из вагона в вагон;
- рациональное использование внутреннего объема вагона.
Улучшение динамики при использовании сочленения достигается тем, что между вагонами исчезают зазоры, которые присутствуют в соединении обычных вагонов. Несвязанные колебания каждого вагона исчезают, а инерционная масса поезда, а не вагона, успокаивающе действуют на колебательный процесс, как в продольном, так и вертикальном направлениях.
Как известно, при вписывании вагона в кривой участок пути, не имеют бокового смещения только направляющие сечения, расположенные в местах пересечений осевых линий пути и вагона. Части вагонов, расположенные между этими сечениями, выносятся внутрь кривой, а вне них, в концевых частях – наружу. При этом с первыми,- примирились, а вторые, - стараются ограничить, устраивая скругления, скосы-скулы или, оповещая о них, нанося соответствующие надписи на вагонах.
При сочленении на тележке консольные части вагонов отсутствуют. Тележка свободно вращается, легко преодолевая кривой участок пути. Для опорных частей кузова вагона на тележку не нужны соединения со сложной конструкцией опор.
Хотя дизайн (от англ. desing – проектировать, конструировать) и стайлинг (от англ. stailig – создание стиля) напрямую к вагонам и поезду могут быть применимы с большой натяжкой, так как наблюдение (обзор) людей за ними довольно редки (за исключением городского транспорта), говорить о них приходится. Любое искусственное творение (вагон) в своей заключительной части предполагает придание ему соответствующей внешней формы: ибо «красивый вагон или поезд – поедет!». В этом заключается степень качества инженерного труда (ремесла) в перефразированной формуле известного авиационного конструктора А.Н.Туполева. Поэтому хорошо спроектированный и в едином стиле выполненные вагоны и поезд будут иметь более привлекательный и законченный вид. Поэтому заботиться о внешней и внутренней архитектуре вагонов и поездов необходимо, особенно если они представляют собой единую конструкцию. Все это легче выполнить в сочлененных поездах.
Промежуточные вагоны сочлененных поездов располагаются на одной тележке, уменьшается также количество тормозных и ударно-тяговых устройств. В сопоставлении с обычными поездами здесь следует ожидать некоторый экономический эффект.
Для управления работой поезда важным является наличие и целостность системы передачи управленческих действий и команд – сочлененные вагоны позволяют сделать подобную сеть проще и более надежно работающей. Все соединения будут иметь привычный вид и не вызывать появлений каких-либо неожиданных проблемных решений.
Использование постоянных составов, в том числе и из-за сложности их разъединения, заставляют повышать техническую культуру работы с ними, повышать техническую, технологическую и организационную дисциплину, создавать более надежные и качественные соединения. Все это в конечном итоге сокращает время на процессы, не связанные с перевозками, и ускоряют перевозку пассажиров.
Мы при анализе тяжеловесных перевозок рассматривали допускаемые нагрузки на путь и на колесную пару (см.п. 10). По возможностям пути нагрузка на колесную пару при нормальных скоростях должна составлять 36 т/ось. Как известно, сейчас она составляет 23,5 т/ось и в перспективе предполагается поднять ее до 25-30 т/ось. При использовании сочленений у промежуточных вагонов можно при прочих равных условиях повысить допустимую нагрузку вдвое, или при той же нагрузке увеличить скорость движения. Для концевых вагонов можно сделать то же самое, но это увеличение достигнет только 25%.
Проблема перехода из вагона в вагон неоднозначная. С одной стороны - это возможность лучшего распределения пассажиров по вагонам при свободном размещении, возможность предоставить достойное питание за счет создания специальных вагонов-ресторанов, кафе, бистро и т.п., развлечения в виде выделения специальных вагонов для просмотра видио, - кинофильмов и многое, многое другое. С другой стороны – наоборот, постоянное хождение по вагонам, дополнительный шум, нарушение спокойной обстановки нахождения пассажира в обстановке небольшого транспортного «мирка», возможность появление криминальных ситуаций и т.п. отрицает саму идею перемещения пассажиров по вагонам. Нам, представляется, что легче предупредить негативные элементы от перемещения пассажиров по вагонам, чем исключить такую возможность вовсе. В этом случае сочленение позволяет сделать такой переход из вагона в вагон практически незаметным и безопасным.
Условно внутренняя часть вагона разделяется на полезное (для пассажиров), служебное (для обслуживания пассажиров) и дополнительное (для вспомогательных целей) пространство. Естественно, что под первое, - выделяется большая, обычно лучшая часть. Это пространство вагона размещается в средней части между направляющими сечениями. Оно занимает около 42% объема вагона; над тележками расположено около 20%, а в концевых частях – до 38% объема вагона. В последних, - располагать пассажиров нежелательно из-за шума от ходовых частей и неудобств от их размещения.
При использовании сочленения для концевых вагонов в секциях или поездах удается увеличить в каждом пассажирское помещение на 14-15%, а в каждом промежуточном вагоне – примерно на 29%. Соответственно этому можно либо повысить класс вагона, сохранив количество перевозимых пассажиров, либо увеличить населенность вагона, не меняя условий перевозок.
Улучшить комфорт можно также за счет предоставления некоторых необходимых, но не представляемых сейчас или предоставляемых в недостаточной мере различных удобств, как-то гардероба, багажного отделения для ручной клади, туалетных комнат и пр. Эти ожидания можно осуществить в сочлененных вагонах, размещая их там, где пассажиров разместить не удобно.
Всю совокупность недостатков сочлененных поездов можно свести к следующему:
- сложность конструкции сочленения;
- трудность сцепления и расцепления вагонов;
- трудности использования таких вагонов по схеме моторвагонного подвижного состава;
- невозможность использования поездов в транснациональных беспересадочных маршрутах на железных дорогах с разной шириной колеи (исключение – последняя модель поезда TALGO);
- невозможность использования поездов на трассах с паромными переправами;
- большая начальная стоимость вагонов;
- повышенные эксплуатационные затраты из-за усложненной конструкции вагонов.
7.2. Некоторые особенности характерных сочлененных составов
В настоящее время во многих странах при создании вагонов используют принцип сочленения. Так создаются обычные, скоростные и высокоскоростные железнодорожные поезда, подвижной состав городского транспорта (трамваи, троллейбусы, автобусы), специальные и футуристические системы и проекты (пневматический трубопроводный транспорт, транспортные системы будущего в трубах и пр.).
Наиболее интересные и принципиально разные решения сочленений вагонов были предложены при создании пассажирских поездов TGV (Франция, максимальная скорость 574,8 км/ч), АРТ (Великобритания, максимальная скорость 260 км/ч) и TALGO (максимальная скорость 360 км/ч).
Поезд TGV (от фр. Train a Grande Vitesse - высокоскоростной поезд) начал разрабатываться в 1959 году для реализации во Франции Программы по организации на государственных железных дорогах высокоскоростного движения.
Разработчики приняли сочлененную схему поезда, так как это давало им возможность по сравнению с традиционными схемами понизить на 0,3-0,5 м центр тяжести вагонов, уменьшить на 3 м2 мидель, улучшить звукоизоляцию вагонов и проходы между ними, а также обеспечить автоматическое соединение всех коммуникаций поезда при сцеплении вагонов.
|
Низкий пол вагона позволил разместить подвешивание на уровне центра тяжести вагона. Это сделало систему рессорного подвешивания самостабилизирующей.
Сокращение числа тележек уменьшило общий вес поезда и удешевило конструкцию, а связь кузовов через единый шкворень тележки обеспечивало их поперечные колебания, улучшило вертикальную и поперечную устойчивость вагонов.
В узле сочленения на торцевых стенах смежных вагонов установлены прямоугольные вертикальные рамы, через которые предусмотрен проход пассажиров между вагонами (рис. 7.2, 7.3).
|
Эти рамы обеспечивают механическое соединение кузовов между собой, передают продольные тяговые и тормозные усилия и образуют общий узел, которым кузова опираются на раму тележки. Одна из этих рам укреплена на кузове неподвижно, а другая – соединена с кузовом смежного вагона через упругие элементы 2. При этом неподвижная рама 6 опирается на подвижную 5, которая является несущей.
Несущая рама передает часть веса кузова смежных вагонов на опорные элементы 1 системы вторичного подвешивания 1 тележки.
Неподвижная и несущая рамы соединены между собой сферическим опорным резинометаллическим элементом 3, допускающим взаимное перемещение кузовов смежных вагонов в любой плоскости.
|
Неподвижная и несущая рамы соединены гибким ограждением переходной площадки, включающей в себя поворотные части пола.
Характеристической особенностью выбранной схемы сочленения является то обстоятельство, что база вагонов превышает их длину. Поэтому разработчикам пришлось разрешать проблему прочности легкого кузова с опорами за пределами торцевых стен и проблему изгибных колебаний кузова.
В целом, накопленный более чем пятидесятилетний опыт создания и эксплуатации поездов TGV наглядно показал отмеченные выше преимущества сочлененных вагонов по сравнению с традиционными.
Поезд АРТ (от англ. Advanced Passenger Train - прогрессивный пассажирский поезд) разрабатывался с конца 60-х годов ХХ века как основное звено в решении
|
коммерческой политики Британских железных дорог в области междугородних перевозок. Преследовалась цель привлечь пассажиров к железнодорожному транспорту приемлемыми тарифами за счет использования высокоскоростных поездов с высоким уровнем комфорта в вагонах. При этом планировалось достижение максимальной величины чистого дохода. Технически это достигалось созданием сочлененного поезда с конструктивной скоростью движения до 260 км/ч и возможностью увеличенной на 20-40% (по сравнению с традиционным подвижным составом) скоростью прохождения кривых участков пути за счет управляемого наклона кузовов вагонов, что в совокупности обеспечивало сокращение поездки для пассажиров до 20%.
Узел сочленения вагонов располагался на общей двухосной тележке. Однако смежные кузова опирались на индивидуальные опоры 1, 3 (рис.7 3,в) с наклоняемыми шкворнями. Это принципиально отлично от опирания вагонов на тележки у поезда TGV.
Конструкция тележки была сделана таким образом, чтобы максимальная величина неподрессоренных масс не превышала 1,5 т. На ней была установлена электрогидравлическая замкнутая петлевая система активного управления наклоном кузова. Для обеспечения высокого уровня комфорта в центральной ступени было использовано пневматическое подвешивание 1, 3 и междувагонные связи 2.
Снижению массы поезда способствовала не только сочлененная схема, но и облегченная конструкция кузова из алюминия, укороченная за счет оптимизации внутренней планировки.
Пониженный центр тяжести вагонов обеспечивал хорошие ходовые качества поезда при движении в кривых при максимальных ветровых нагрузках.
В целом получилась надежная конструкция высокоскоростного поезда с уменьшенной массой, хорошей плавностью хода в прямых и кривых участках пути. Снижение же механической составляющей основного сопротивления движению способствовало уменьшению потребления энергии, что значительно сокращало капиталовложения в поезд АРТ. Тем не менее, создав три экспериментальных поезда и установив на одном из них в 1979 году рекорд скорости для Британских железных дорог в 252 км/ч, в 1985 году проект создания высокоскоростных поездов АРТ был закрыт. Однако многие технические идеи, реализованные в поездах АРТ, были впоследствии использованы в британском вагоно- и локомотивостроении.
В последние годы на железные дороги мира активно продвигаются сочлененные поезда TALGO (от исп. Tren Articulado Ligero Goicoechea Oriol - поезд сочлененный легкий Гойкоэчеа и Ориоля) известной испанской фирмы Patentes Talgo, которая с 1942 года создала целый ряд таких поездов. Эти поезда рассматриваются как удачная альтернатива классическим схемам высокоскоростных поездов при эксплуатации их на железных дорогах с наличием кривых участков пути малого радиуса и разной ширины колеи (рис. 7.5).
|
Поезд представляет собой сцеп сочлененных укороченных вагонов локомотивной тяги на одноосных тележках, собранных по традиционной для фирмы Patentes Talgo схеме. Одноосные тележки располагаются в пространстве между смежными вагонами (рис. 7.5).
Независимые колеса и специальная конструкция тележки обеспечивают их радиальную установку при движении поезда в кривых. Рессорное подвешивание располагается на специальных пилонах тележки (рис.7.3, 7.7) выше центра тяжести. Это образует естественную маятниковую систему наклона кузова в кривых.
На поезде применены независимые раздвижные колеса для возможности движения по железным дорогам разной ширины колеи без замены ходовых частей. Изменение ширины колеи осуществляется автоматически при перемещении вагонов со скоростью до 10 км/ч по специальным участкам пути на пограничных станциях.
| |||
| |||
Узел сочленения поездов TALGO в некоторой мере напоминает систему TGV, но в приложении к одноосной тележке (см. рис. 7.7).
Традиционные для поездов TALGO положительные качества плюс повышенные динамические показатели как на высокоскоростных, так и на обычных линиях показывают богатые возможности использования сочлененных поездов на одноосных тележках.
7.3. Классификация сочлененных вагонов
Для выявления основных тенденций развития все многообразие сочлененных поездов и составов было классифицировано нами по следующим основным признакам:
- назначению;
- виду соединения;
- осносности опорной тележки;
- степени подвижности сочленения;
- по расположению сочленения;
- возможности реверсивного движения;
- по поставленным целям и задачам.
Сочлененные поезда используются как для пассажирских, так и грузовых перевозок (табл. 7.1).
Таблица 7. 1. Назначение сочлененных вагонов и поездов
| Назначение сочлененных вагонов и поездов (01000) | ||
| Пассажирские перевозки (01100) | Грузовые перевозки (01200) | Специальные перевозки (01300) |
| Железно- дорожный транспорт (01110) | Городской транспорт (01120) | |
| Трамвай (01121) | Железнодорожный транспорт (01210) | |
| Троллейбус (01122) | Трубопроводный транспорт (01220) | |
| Автобус (01123) | Конвейерный транспорт (01230) | |
| Сельскохозяйственная, строительная, путевая и транспортная техника (01240) |