KnigaOmelyanenko

1.3. Актуальность и объект анализа

По итогам этих испытаний весьма авторитетные комиссии пришли к заключению, что на пути внедрения магнитного транспорта в сферу коммерческих услуг сегодня нет никаких серьезных технических препятствий. Однако магнитный транспорт создается в условиях жесточайшей конкуренции на рынке транспортных услуг. Здесь на первый план выходят уже не технические, а экономические, или даже скорее — политические соображения, обусловленные попытками предугадать будущее проблемы, чтобы не оказаться в плену слишком дорогой программы. Поэтому предсказать, как в дальнейшем здесь будет развиваться ситуация, чрезвы- чайно сложно.

1.3. Актуальность и объект анализа

Несмотря на то, что в настоящее время применение такого транспорта в Украине из-за сложившейся экономической ситуации в стране и в смежных с ней регионах и странах вряд ли может быть реализовано, научно-техническая информация о нем важна, исходя, по меньшей мере, из двух обстоятельств [5].

Первое связано с перспективой использования такого транспорта. Дело в том, что рано или поздно подобного вида транспорт так или иначе займет свое место на рынке транспортных услуг Украины, как сейчас это имеет место в нашей стране со всеми известными в мировой практике транспортными системами, поименованными на ðèñ. 1.1. С позиций критерия дальности поездок, в соответствии с которым по условиям утомляемости пассажира время нахождения в пути не должно превышать 4 часа, на высокоскоростном электрическом транспорте при скорости 200...500 км/ч можно проехать 800...2000 км. Очевидно, что такой транспорт может быть использован в Украине и как внутригосударственный, и как транзитный межгосударственный в транспортных коридорах «север–юг» и «запад–восток». Поэтому инженерный корпус должен быть подготовлен к восприятию таких перспективных технологий, если пока еще не в плане их создания, то хотя бы в плане их эксплуатации.

11

Глава 1. Введение в тему

Второе обстоятельство связано с влиянием конструкторскотехнологических решений, принимаемых при создании высокоскоростного электрического транспорта, на модернизацию и развитие традиционного рельсового транспорта. Дело в том, что высокоскоростной колесный и магнитный транспорт имеют много общего. Здесь, прежде всего, следует обратить внимание на скорости, при которых по поверхности земли в направляющих структурах перемещаются транспортные средства — 200...500 км/ч. Существенное влияние на потребляемую при таких скоростях энергию оказывает аэродинамическое сопротивление. Поэтому форма, массогабаритные параметры, компоновочная схема как отдельных вагонов, так и подвижного состава в целом, выполняются такими, чтобы свести к минимуму затраты энергии на тягу. В связи с воздействием на подвижной состав при таких скоростях существенных динамических нагрузок кузова вагонов должны быть максимально облегченными и в то же время прочными. Именно в этом направлении обозначен вектор развития современных и перспективных транспортных технологий. Поэтому работы, направленные на обобщение технических решений, принимаемых передовыми инженерными центрами мира при создании такого транспорта, являются важным звеном во внедрении на наших железных дорогах прогрессивных технологий. Кроме того, информация такого рода раздвигает представления о возможных путях модернизации эксплуатируемого сейчас на дорогах страны традиционного рельсового транспорта.

Высокоскоростной электрический транспорт представляет собой совокупность подвижного состава, путевой структуры, систем электроснабжения и управления движением. Что касается вопросов относительно пути для высокоскоростного движения, то читатель может найти информацию в монографиях [6,7]. С системами электроснабжения и управления движением можно ознакомиться по книгам [8] и [9], соответственно. Поэтому в предлагаемой читателю монографии авторы основное внимание уделили подвижному составу.

12

ГЛ А В А

2

ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ТРАНСПОРТ ЯПОНИИ

2.1. История

Начало создания высокоскоростных железных дорог Японии следует отнести к 1956 году, когда администрация Японских национальных железных дорог ЯНЖД (JNR) образовала комиссию по изу- чению возможности коренной реконструкции магистрали Токайдо. Эта магистраль, связывающая Токио и Кобе узкой колеей 1067 мм, была открыта для движения в 1888 году. В 1922 году проложен второй путь, а к 1956 году завершена ее электрификация постоянным током напряжением 1,5 кВ. В 1958 году комиссия представила проект новой магистрали. В 1959 году было начато строительство линии Токио-Осака с шириной колеи 1435 мм и максимальной скоростью движения 210 км/ч, названной Токайдо–Синкансен. Ввод ее в эксплуатацию осуществлен в октябре 1964 года и приурочен к открытию XVII Олимпийских игр. Этапы дальнейшего развития железных дорог Синкансен иллюстрируются ðèñ. 2.1 è òàáë. 2.1 [10,11].

В 1987 году ЯНЖД были приватизированы, в результате чего образовалась группа компаний: JR Central, JR West, JR East, JR Kyushu. В ведении этих компаний в настоящее время находятся 8 дорог с шириной колеи 1435 мм. Две из них — Ямагата и Акита — переведены в категорию Синкансен в результате работ по модернизации и усилению пути с укладкой третьей рельсовой нити, в результате чего получился совмещенный путь колеи 1435 и 1067 мм. При этом был сохранен старый габарит приближения строений, рассчитанный на движение подвижного состава узкой колеи. Эти две дороги в литературе именуются мини-Синкансен. По ним перемещается подвижной состав как нормальной, так и узкой колеи. Общая протяженность железных дорог Синкансен на сегодняшний день составляет более 2300 км. В ближайшее время (ориентировочно к 2013 году) планируется продление Синкансен от Мариока до Саппоро и от Хаката до Яцусиро. Таким образом, будет завершено создание трансъяпонской сети Синкансен, которая через тоннели Сейкан (53,8 км) и Камон (18,71 км) свяжет важнейшие населенные пункты островов Хоккайдо, Хонсю и Кюсю.

13

Глава 2. Высокоскоростной транспорт Японии

Рис. 2.1. Схема железных дорог Синкансен

14

2.2.Путь и система электроснабжения

2.2.Путь и система электроснабжения

Путь железных дорог Синкансен размещается, в основном, на эстакадах, в тоннелях и мостах. Меньшая его часть (32%) выполняется на земляном основании.

При строительстве земляного полотна особое внимание уделялось обеспечению стабильности геометрии откосов и повышению несущей способности опорной поверхности. Во избежание загрязнения балластной призмы материалом опорной поверхности между подбалластным слоем и балластной призмой размещалось полотно из винилона.

Балластная призма (ширина у основания 9200 мм, на уровне верхней части шпал — 7600 мм, высота 500 мм) имела строго определенный гранулометрический состав. Динамические нагрузки воспринимаются ею через расположенные с шагом 580 мм железобетонные шпалы длиной 2400 мм и поперечным сечением в виде трапеции с размерами: (центр) – нижнее основание — 230 мм, верхнее — 165 мм, высота — 175 мм; (край) — 300 мм, 185 мм, 218 мм соответственно.

Рельсовые нити компонуются из плетей длиной 1500 м, получаемых сваркой 25-метровых рельсов типа 60Т (масса 60,8 кг/м, ширина подошвы 149 мм, высота 174 мм).

На эстакадах, в тоннелях и на мостах применяется путь на железобетонном блочном основании. В такой конструкции нет ни балластной призмы, ни шпал. Рельсовые плети укладываются на подрельсовые железобетонные плиты длиной 5 м, шириной 2,3 м и толщиной 19 см, закрепленные на железобетонных опорах. Между опорами и плитами при монтаже нагнетается битумно-цементный раствор.

Радиус кривых выбирался не менее 2500 м при движении со скоростью 200 км/ч и 4000 м — при 260 км/ч, возвышение наружного рельса над внтренним — до 150 мм. Уклоны на дорогах кампаний JR Central и JR West принимались не круче 15‰, а на дорогах компании JR East встречаются уклоны и более 30‰ длиной до 30 км. Сопряжение кривых с прямолинейными участками осуществлялось по переходным кривым полусинусоидальной формы длиной не менее 500 м для кривой радиусом 2500 м. Местные неровности рельсовой колеи в плане при скорости 200 км/ч ограничивались 20...50 метрами.

15

Глава 2. Высокоскоростной транспорт Японии

Особое внимание уделялось обеспечению непрерывности катания колеса по поверхности колеи за счет применения специальной конструкции стыков рельсовых плетей и использования оригинальных стрелочных переводов. Стыки рельсовых плетей соединялись уравнительными устройствами длиной 17,5 м, включающими перемещающиеся усовики, а также уравнительные и изолирующие вставки. Эти устройства компенсировали температурные деформации рельсовых плетей при сохранении допустимых значений местных неровностей колеи и обеспе- чивали функционирование цепей управления. В стрелочных переводах длиной 72 м и радиусом переводной кривой 1100 м использованы гибкие остряки и крестовины с подвижным сердечником.

Сети внешнего электроснабжения имеют напряжение 77 и 154 кВ, а также 220 и 275 кВ частотой 50 и 60 Гц. Для тяговой сети принята схема питания 2x25 кВ. На тяговых подстанциях, отстоящих на расстоянии 20...50 км, размещены по два трансформатора мощностью 20...150 МВА, подключенные по схеме Скотта или Вудбриджа и преобразующие трехфазный переменный ток в две цепи однофазного переменного тока, от каждой из которых питается свое тяговое плечо. Подвижной состав получает питание непосредственно от автотрансформаторов мощностью 10 МВА, установленных между тяговыми подстанциями с интервалом 10 км.

Контактнаясетьвыполненапосхемамдвойнойиусиленнойдвойной цепной демпфированной подвески. Она подвешена на опорах с интервалом 50 м. Расстояние контактного провода до уровня головки рельса — 4,8...5 м, а горизонтальное смещение относительно оси пути — 150 мм влево и вправо. Длина анкерного участка 1500 м. Устройства автоматического натяжения проводов для усиленной двойной цепной подвески обеспечивают натяжение контактного провода из твердотянутой меди 86...89 Н/мм2 (сечение 170 мм2), вспомогательного и несущего проводов из меди — 100...160 Н/мм2 (сечение 150 мм2), а несущего скрученного из оцинкованной стали — 140 Н/мм2 (сечение 180 мм2). Это обеспечивает надежный токосъем при скорости более 300 км/ч.

16

2.3.Подвижной состав 1-го и 2-го поколений

2.3.Подвижной состав 1-го и 2-го поколений

На магистралях Синкансен эксплуатируются 11 типов поездов. С самого начала велась непрерывная работа по совершенствованию подвижного состава в плане повышения провозной способности при рациональных энергозатратах. Существенно нарастить такие показатели как максимальная скорость и энерговооруженность подвижного состава удавалось в том случае, если к моменту создания поезда новой серии в распоряжении разработчиков для схем и элементной базы тягового электропривода, конструкций ходовой части и вагона имелись новые технологии. С этих позиций поезда высокоскоростных железных дорог Японии можно условно отнести к трем поколениям. Первое — поезда серии 0, второе — поезда серий 100, 200, 400 (òàáë. 2.2), третье — поезда серий 300, Е1, 500, Е2, Е3, Е4, 700.

17

Глава 2. Высокоскоростной транспорт Японии

Поездами серии 0 была заложена мотор-вагонная схема формирования поезда — так называемая схема распределенной тяги, когда в качестве тяговой единицы принимается независимая секция из двух или более вагонов на индивидуальных тележках [12].

Кузова вагонов выполнялись цельносварными из стальных листов, балок и вертикальных стоек. Для обшивки использовалась сталь толщиной 1,6 мм, стойкая к атмосферным воздействиям. Конструкция была рассчитана на ударную нагрузку при столкновениях 9,81∙105 Н и необходимость обеспечения герметичности при перепадах давления до 4905 Па. Герметичность достигалась применением не открывающихся окон из стеклопакетов, специальной конструкцией уплотнения дверей вагонов, а также использованием двухслойных междувагонных гармошек. Кресла для пассажиров располагались по двум схемам — 2+2 в ряду с шагом между рядами 1160 мм для первого класса и 2+3 с шагом 940 мм для второго. Вагоны оснащались системами электрического отопления, принудительной вентиляции и кондиционирования. Санузлы, размещенные только в нечетных вагонах, не сбрасывали сточные воды на путь, а собирали их в специальные баки, которые опорожнялись на конечных станциях. В нижней боковой наружной части кузова вагона устанавливались съемные фальшборты высотой 400 мм, ча- стично закрывающие подвагонное оборудование.

Каждый вагон опирался на индивидуальные двухосные со сварными замкнутыми рамами тележки DT200 с колесной базой 2500 мм. Колеса диаметром 910 мм имели конусность катания поверхности 1:40. Они выполнялись цельно катанными с чистовой механической обработкой по всем поверхностям и динамической балансировкой. На внутренних и наружных сторонах ступиц каждого из колес размещались тормозные диски, к которым с помощью клещевидных механизмов пневмогидравлическим приводом прижимались тормозные накладки. Для буксового узла была принята поводковая конструкция. Общая масса тележки составила 10100 кг при необрессоренной массе 4660 кг.

В поездах серии 0 использовался тяговый привод II класса. Вращающий момент от вала тягового двигателя, подвешенного на раме, посредством полужесткой зубчатой муфты подавался на колесную

18

2.3. Подвижной состав 1-го и 2-го поколений

Рис. 2.2. Поезд серии 0

Рис. 2.3. Поезд серии 100

19

Глава 2. Высокоскоростной транспорт Японии

пару через редуктор с передаточным числом 29:63 = 1:2,17, который был жестко закреплен на оси колесной пары.

Поезда имели двухступенчатую систему подвешивания вагонов. В первой ступени использовались цилиндрические пружины и гидравлическиегасителиколебаний.Длявторойступенииспользовалисьпневматические рессоры вначале баллонного, а затем диафрагменного типа.

Поезда серии 0 формировались из 8-ми 2-вагонных секций, каждая из которых имеет свою силовую и вспомогательную цепи, а также систему управления. Эти цепи и системы построены в соответствии с принятой схемой тягового электропривода на базе коллекторных двигателей постоянного тока, регулируемых за счет изменения амплитуды переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора и использования реостатов в цепях выпрямленного тока. Силовая цепь включает токоприемники, аппаратуру защиты, трансформатор с номинальными значениями на вторичной обмотке мощности 1500 кВ∙А, напряжения 2261 В и тока 663 А, индуктивный фильтр, выпрямитель, сглаживающий реактор, тяговые двигатели с номинальными значе- ниями мощности 185 кВт, напряжения 415 В, тока 490 А и пускорегулировочные реостаты. Переключатель напряжения трансформатора, имея 25 позиций, может изменять напряжение от 348 В до 2435 В.

Работа по созданию поездов второго поколения 100 и 200 были на- чаты в конце 60-х – начале 70-х годов прошлого столетия. Поезда серии 100 предназначались для действующих линий Токайдо и Санье с целью повышения на этих линях скоростей движения до 240 км/ч. А поезд серии 200 должен был обеспечивать перевозки пассажиров на строящихся к востоку от Токио линиях Тохоку и Дзоэцу, которые характеризовались сложным профилем пути по пересеченной местности.

Поставленные цели удалось достигнуть благодаря применению схем электроприводов, использующих в качестве тяговых двигателей коллекторные машины пульсирующего тока, питающиеся от тиристорного преобразователя с фазовым управлением. Такого рода двигатели практически при тех же габаритах и массе, что и у двигателей серии 0, обеспечили мощность на 24% больше — 230 кВт. В итоге масса электрооборудования у поезда серии 100 снизилась до 100 т (142 т у серии 0). Тележки моторных вагонов DT202, аналогичные

20