Подвижной состав и особенности тяговых расчетов на высокоскоростных магистралях

Высокоскоростные магистрали: опыт и перспективы. Как указано в п. 1.4 учебника, СНиП 32-01-95 и Строительнотехнические нормы СТН Ц 0195 предусматривают максимальные скорости движения пассажирских поездов 160 км/ч на линиях I и II категорий и 200 км/ч на скоростных магистралях. На железных дорогах России такие скорости движения в настоящее время достигнуты на линии Москва — СанктПетербург (скоростные поезда “Аврора”, ЭР200, “Невский экспресс”).

В 60х — 70х гг. XX в. на железнодорожном транспорте ряда стран Азии и Европы начались работы по созданию сети магистралей, на которых скорости движения поездов превышают 200 км/ч. Эти железные дороги получили название высокоскоростных магистралей (ВСМ). В 1964 г. в Японии началась эксплуатация первой линии высокоскоростной системы Синкансен (“Новая магистраль”) — железной дороги Токайдо (Токио — Осака) протяженностью 515 км, где поезда достигали скорости 210 км/ч. Затем были построены линии Санъё, Тохоку, Дзёэцу, на которых максимальные скорости движения поездов были повышены до 240—275 км/ч. Сейчас поезд серии 500 на маршруте Осака Хаката развивает скорость 300 км/ч.

В 1981 г. во Франции вступил в строй первый участок магистрали Париж-Лион, где поезда TGV (Train a grande vitesse) развивали скорость 260 км/ч (линия TGV SudEst). На последующих французских магистралях: TGV Nord (к тоннелю под ЛаМаншем) и TGV Mediterranee (к Марселю) максимальные скорости поездов достигают 300 км/ч. Высокоскоростные железнодорожные магистрали функционируют в Италии [Диреттиссима (с итальянского наипрямейшая): Рим Флоренция], Германии (Мангейм — Штутгарт, Ганновер — Вюрцбург, Ганновер — Берлин, Кёльн — Франкфурт), Испании (Мадрид — Севилья). Европейская сеть высокоскоростных железных дорог продолжает развиваться. Такие магистрали проектируют и строят также в Южной Корее, на Тайване, в США, Китае, Австралии и других странах. Всего в мире к середине 2001 г. эксплуатировалось более 5 тыс. км ВСМ. С 1964 по 2000 гг. по ним перевезено свыше 6 млрд пассажиров; ежесуточно по расписанию движется более 1,2 . тыс. высокоскоростных поездов [56].

В СССР в 1988 г. была принята государственная научнотехническая программа “Высокоскоростной экологически чистый транспорт”, в которой предусмотрено создание системы и технических средств наземного рельсового транспорта для пассажирских перевозок со скоростью до 350 км/ч. В соответствии с этой программой в 1989—1990 гг. был разработан научный проект высокоскоростной специализированной для пассажирского движения двухпутной магистрали Центр — Юг (Ленинград Москва — Крым, Кавказ). В 1991 г. после экспертизы и одобрения научного проекта ВСМ Центр — Юг было определено первоочередное звено этой магистрали: Ленинград (СанктПетербург) — Москва и разработано Техникоэкономическое обоснование (ТЭО) ее строительства.

Кроме ВСМ Центр Юг выполнены проектные проработки высокоскоростной специализированной железнодорожной магистрали Москва — Минск — Брест протяженностью около 1000 км в вариантах ширины колеи 1520 мм и западноевропейской 1435 мм. Цель этой магистрали — интеграция железных дорог России в общеевропейскую высокоскоростную железнодорожную сеть путем создания транспортного коридора Москва — Минск — Варшава — Берлин.

В 2001 г. Правительством Российской Федерации утверждена Федеральная целевая программа “Модернизация транспортной системы России”, в подпрограмму которой “Железнодорожный транспорт” включен раздел “Развитие скоростного и высокоскоростного движения пассажирских поездов в России”. Кроме указанных выше направлений Москва — Санкт Петербург и Москва — Красное (направление на Минск и Брест) эта программа предусматривает следующие перспективные направления для строительства пассажирских высокоскоростных магистралей: Москва — Нижний Новгород — Екатеринбург и Москва — Воронеж — Ростовна Дону (последнее — для скоростного сообщения центра страны по российской территории с курортами Черноморского побережья и Северного Кавказа).

К настоящему времени осуществлена первоочередная часть этой программы — реконструкция существующей железной дороги Санкт Петербург — Москва для движения пассажирских поездов со скоростью 200 км/ч. Строительство высокоскоростных магистралей для движения поездов с максимальными скоростями 300—350 км/ч ожидает своей очереди.

Подвижной состав высокоскоростных магистралей. На ВСМ применяются два типа поездов с электрической тягой. Первый тип — моторвагонный поезд, у которого моторные вагоны с двигателями сравнительно небольшой мощности (до 1500 кВт) являются одновременно тяговыми и пассажирскими. Такой электропоезд может иметь некоторое число прицепных пассажирских вагонов, но может состоять и из одних моторных вагонов. Второй тип (локомотивная тяга) — поезд, у которого по концам состава располагаются электровозы, а пассажиры размещаются в прицепных вагонах (10—12 вагонов). Моторные и прицепные вагоны в поездах первого типа, а также локомотивы и вагоны в поездах второго типа имеют единообразную конструктивную и архитектурную форму, унифицированное оборудование и управляются по системе многих единиц. По условиям эксплуатации отцепка локомотивов у высокоскоростных поездов, как правило, не производится. ф

Преимущества моторвагонных поездов, используемых в Японии, заключаются в следующем: большое число движущих осей, вследствие чего, как правило, нет ограничения силы тяги по сцеплению и обеспечивается более высокая эффективность электродинамического тормоза; меньшая нагрузка от колесной пары на рельсы; большая населенность поезда при равной с локомотивным вариантом длине

Локомотивные поезда TGV во Франции, 1СЕ в Германии, ETR в Италии характеризуются более удобным обслуживанием электрооборудования вследствие расположения его в кузове локомотива, а не в подвагонном ящике.

Моторвагонные и локомотивные поезда электрической тяги характеризуются большой удельной мощностью — 16—18 кВт на 1 т массы состава, что позволяет поездам развивать в эксплуатации скорости до 300 км/ч. Рекордные значения скоростей составили в Германии в 1988 г. 406,9 км/ч, а во Франции в 1990 г. поезд из двух электровозов TGVA и трех вагонов достиг скорости 515,3 км/ч

На высокоскоростных поездах используются, наряду с электропневма тическим дисковым тормозом, также тормоза: электродинамический (резисторный или рекуперативный), линейный вихретоковый и магниторельсовый. Линейный вихретоковый тормоз (ЛВТ) создает тормозную силу за счет электродинамического воздействия магнитных полей, возникающих в катушках тормозного башмака и рельсе. Этот тормоз, как и электродинамический, наиболее эффективен при высоких скоростях движения. Магниторельсовый тормоз, создающий тормозную силу вследствие трения башмака о рельс, применяется, как правило, при экстренном торможении.

В России опытный поезд “Сокол”, рассчитанный на максимальную скорость движения 250 км/ч, разработан Центральным конструкторским бюро морской техники “Рубин” (СанктПетербург) в содружестве с рядом научноисследовательских, учебных и производственных организаций. Моторвагонный состав поезда “Сокол” сформирован из моторных и прицепных вагонов. Удельная мощность тяговых двигателей составляет 15 кВт/т. Кузова вагонов сварены из панелей и профилей, изготовленных из алюминиевых сплавов.

Особенности тяговых расчетов. По результатам исследований, выполненных во ВНИИ железнодорожного транспорта [61], рекомендованы следующие формулы для определения основного удельного сопротивления движению высокоскоростного поезда (у1ШХ = 300 км/ч), Н/кН:

Тормозная сила моторвагонного поезда, кН, от действия электропнев матического дискового тормоза определяется следующим выражением:

Тормозная сила одного четырехосного вагона определяется из условия максимального использования сцепления колес с рельсами:

Тормозная сила, создаваемая одним башмаком линейного вихретокового тормоза, составляет от 7 кН при скорости 300 км/ч до 9 кН при 70— 100 км/ч [52].

Расчетный тормозной путь на высокоскоростных магистралях устанавливается на уровне 3600—3800 м, при этом допускаемые скорости поездов по условию торможения на спусках составляют около 280 км/ч на уклонах 20—24%о и 260 км/ч на спусках 35%о.

В главе “Тяговые расчеты” рассмотрены методы определения ряда эксплуатационных показателей проектируемых железных дорог. При этом было отмечено влияние, которое оказывает состояние пути на многие из этих показателей.

Так, замена звеньевого пути бесстыковым, укладка тяжелых рельсов, щебеночного балласта достаточной толщины заметно влияют на уменьшение сопротивления движению, а следовательно, позволяют увеличить массу составов или скорость движения поездов, либо то и другое одновременно.

Содержание поверхности головок рельсов в чистом состоянии, отсутствие на них следов смазки увеличивают коэффициент сцепления колес подвижного состава с рельсами. Это повышает силу тяги локомотивов, что в свою очередь обеспечивает движение поездов расчетной массы с установленными скоростями. Реализация высоких значений коэффициента сцепления обеспечивает такие расчетные условия торможения поездов, которые гарантируют безопасность движения.

В данной главе показано, как отмена ограничения скорости движения поездов даже на отдельных километрах (по состоянию верхнего строения пути, земляного полотна, искусственных сооружений) позволяет в ряде случаев существенно увеличить скорость не только в пределах этих километров, но и на значительной части перегона. В отдельных случаях отмена ограничения скорости позволяет увеличить массу состава за счет более полного использования кинетической энергии поезда (см. рис. 2.11).

Рассмотренные примеры дают оценку роли путейцев в улучшении ряда эксплуатационных показателей железных дорог.

Изыскания и проектирование железных дорог. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. - 288 с..