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.

Рис.7.1. Сочлененные секции и поезда: ТGV, трамвай, вагоны поезда TALGO, двухэтажные немецкие вагоны, вагоны для перевозок контейнеров, новые вагоны московского метро

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).

Рис. 7.2. Сочленение вагонов поезда TGV: 1-междувагонное соединение; 2-вертикальные прямоугольные рамы; 3-узел сочленения; 4-элементы вторичного пневматического подвешивания.

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.

Рис. 7.3. Схемные решения узлов сочленения высокоскоростных поездов Talgo (а); TGV (б); АРТ (в): 1 – рессорное подвешивание; 2 – межкузовные связи; 3 – опорно-тяговый узел; 4 – рама тележки; 5 – подвижная междувагонная и 6 - неподвижная рамы; L_k – длина кузова; ℓ - база кузова

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

Рис.7.4. Опытный поезд АРТ-Р

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).

Рис.7.5. Схема поезда TALGO с сочлененными вагонами.

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.

Рис. 7.6. Внешний вид поезда TALGO 350 AVE S102

Рис.7.7 . Макет одноосной тележки и междувагонного соединения поезда TALGO.

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.