KnigaOmelyanenko

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

Рис. 2.4. Поезд серии 200

Рис.2.5. Поезд серии 400

21

Глава 2. Высокоскоростной транспорт Японии

по конструкции тележкам DT200, стали весить 9870 кг при необрессоренной массе 4630 кг, а общая масса поезда снизилась на 40 тонн. В итоге максимальная нагрузка на рельсы от колесной пары у поездов второго поколения серий 100 и 200 стала не более 15 тонн.

Впоездесерии100(рис.2.3)длянаружнойобшивкикузововвагонов использовалась нержавеющая сталь. Отличался этот поезд и конфигурацией состава — из 16 вагонов 12 были моторными, а 4 внутри состава — прицепными двухэтажными. Это было сделано для обеспечения более комфортных условий проезда пассажиров с целью более широкого их привлечения к поездкам на скоростных железных дорогах. На тележках прицепных вагонов в дополнение к электропневматическому фрикционному тормозу размещался и вихретоковый тормоз.

Лобовая часть концевых вагонов стала более обтекаема.

Поездсерии200(рис.2.4)формировалсяиз12одноэтажныхмоторных вагонов, соединенных в 2-вагонные секции. Наружная обшивка вагонов выполнялась из алюминия. По сравнению с поездами серии 0 и 100 он имел большую энерговооруженность — 12,43 кВт/ пасс (у поезда серии 0 этот показатель 9,18, а у серии 100 — 8,56). Это обеспечивало движение поездов серии 200 с требуемой скоростью по затяжным подъемам Тохоку и Дзоэцу. Обильные снегопады, свойственные этим районам, потребовали принятия специальных мер по исключению попадания снега в системы охлаждения и вентиляции, а также эффективного удаления снега с пути. Воздухозаборники вагонов оснащены центробежными сепараторами, отделяющими воздух от снега. Конструкция щитков путеочистителей создает завихрения нижней части фронтальной воздушной волны, обеспечивающей отброс снега за пределы рельсошпальной решетки.

Поезд серии 400 (рис. 2.5) предназначен для эксплуатации на линиях Тохоку и Ямагата [13]. Этим обусловлены два значения его предельных скоростей и напряжений питания. На Тохоку — 240 км/ч и 25 кВ, на Ямагата — 130 км/ч и 20 кВ. В силу меньшего габарита линии Ямагата ширина вагона принята 2947 мм и размещение кресел по схемам 2+1 для первого класса и 2+2 — для второго. Здесь были применены технологии, свойственные поездам третьего поколения. Первое — это экстерьер. Максимально обтекаемая форма лобовой части и опускаю-

22

2.4. Техническая концепция поездов 3-го поколения

щиеся почти до уровня головки рельса кожуха, закрывающие сбоку подкузовное оборудование. Второе — конструкция тележки (DT204). Она была выполнена с рамами Н-образной формы, без подрессореных балок, с плоскими резинометаллическими амортизаторами в первой ступени рессорного подвешивания, поводковой конструкцией крепления буксового узла параллелограммного типа и колесами диаметром 860 мм. Поскольку линия Ямагата имела кривые с радиусом 400 м, колесная база была принята равной 2250 мм. Максимальная удельная нагрузка на ось 13 тонн. Поэтому, несмотря на высокий уровень энергопортебления — 0,0527 кВт.ч/пасс∙км — поезд серии 400 можно по праву считать предвестником поездов третьего поколения.

2.4.Техническая концепция поездов 3-го поколения

Êпоездам 3-го поколения подвижного состава поездов железных дорог Японии Синкансен относятся поезда серий 300, 500, 700, Е1, Е2, Е3 и Е4. Основу их технической концепции составляют следующие положения:

•высокая эксплуатационная скорость;

•приемлемый уровень энергопотребления;

•комфортные условия поездки;

•высокий уровень надежности и ремонтопригодности. Допустимая скорость движения по сравнению с поездами 2-ãî ïî-

коления возросла на 15% и достигла 270...300 км/ч. Удовлетворительную динамику взаимодействия колеса с рельсом удалось обеспечить во многом благодаря снижению нагрузки на ось колесной пары [14].

Это явилось следствием использования современных материалов и технологий.Дляизготовлениякузововвагоновиспользовалисьсварные сотовые конструкции из крупноразмерных экструдированных элементов на базе алюминиевых сплавов. В ходовой части применялись полые оси, корпусные элементы буксовых узлов и редукторов, а также элементы подвески тяговых двигателей из алюминиевых сплавов. Но определяющим стало внедрение тягового асинхронного электропривода.

Все элементы системы передачи мощности такого электропривода создавались исключительно во взаимной связи. Так, достичь для

23

Глава 2. Высокоскоростной транспорт Японии

тяговых двигателей удельной массы 1,42...1,26 кг/кВт при мощности в единице исполнения 275...420 кВт удалось за счет повышения частоты вращения роторов до 3010...6120 об/мин и напряжения на обмотке статора до 1430...2400 В. Это стало возможным благодаря снижению диаметра колес до 860 мм, увеличению передаточного отношения редукторов до значений 1:2,93...1:3,04, а также повышению напряжения на вторичных обмотках трансформаторов до 1220 В. Тяговые трансформаторы с единичной мощностью до 5400 кВА имеют удельную массу 0,83...0,74 кг/кВА. Групповое питание тяговых двигателей при удовлетворительном регулировании силы тяги и электри- ческого торможения позволило получить удельную массу для преобразователей 2,23...1,98 кг/кВт. В итоге появились рациональные схемы формирования поездов, когда независимая секция компонуется из 3...4 вагонов, часть из которых являются прицепными. Как все это повлияло на снижение массы поездов, показано в òàáë. 2.3. Благодаря асинхронному электроприводу и приданию поездам более обтекаемых форм удалось снизить уровень энергопотребления до 0,037...0,034 кВт∙÷/ïàññ∙êì [15].

Надлежащий комфорт обеспечен плавностью хода поездов. Для этого использованы тележки с рамами Н-образной формы как с подрессоренными, так и с неподрессоренными балками, а также автоматическая и полуавтоматическая системы гашения колебаний как между тележками и вагонами, так и между вагонами.

Требование высокого уровня надежности удовлетворено многократным резервированием устройств подвижного состава, обусловленным принятой схемой распределенной тяги, а требование ремонтопригодности — блочно-модульной конструкцией систем преобразования энергии, охлаждения и контроля, доступ к узлам которых обеспечен с обеих сторон подвижного состава.

По целям и условиям эксплуатации поезда 3-го поколения (òàáë. 2.4) можно условно разбить на две группы. К первой группе относятся поезда серий 300, 500 и 700, эксплуатируемые на дорогах Токайдо и Санье компаниями JR Central и JR West. Ко второй – поезда серий Е1, Е2, Е3 и Е4, эксплуатируемые на дорогах Тохоку, Дзоэцу, Ямагата, Акита и Хокурику компанией JR East.

24

2.4. Техническая концепция поездов 3-го поколения

1) – секция; 2) – вагон с обмоторенными тележками; 3) – прицепной вагон; 4) – головной вагон

25

Глава 2. Высокоскоростной транспорт Японии

2.5. Поезда JR Central и JR West

Поезда серии 300 (рис. 2.6) формируются из пяти секций, в каждую из которых входят два моторных вагона и один прицепной. Исключение составляет одна секция в конце поезда, которая включает

4вагона (2 прицепных) [16].

Âсхеме тягового электропривода (ðèñ. 2.7) от одного общего на секцию трансформатора питаются две группы из 4 тяговых двигателей, включенных параллельно, каждая из которых размещена на двух тележках одного вагона. Регулирование каждой группы двигателей обеспечивается посредством автономных инверторов напряжения (АИН), получающих питание от 2 параллельно включенных 4-квадрантных преобразователей (4q-s). Преобразователи выполнены на базе запираемых GTO-тиристоров.

Для тележек использована Н-образная конструкция рам без концевых балок, состоящая из левой и правой продольных балок короб- чатого сечения, сваренных из 8 мм стали SM490YA, соединенных поперечными стальными трубами STKM18B с толщиной стенок 9 или

12ìì (ðèñ. 2.8, 2.9). Колеса диаметром 860 мм насажены на полые оси. Корпусные элементы буксовых узлов и редукторов изготавлены из алюминиевых сплавов. Все это позволило создать тележку массой 6600 кг при необрессоренной массе 3500 кг. Высокое качество динамики движения обеспечено использованием букс-балансиров, связанных с рамой тележки пружинными рессорами с размещенными внутри резиновыми цилиндрами, а также вертикальных и продольных гидравлических гасителей колебаний.

Поезд серии 500 (рис. 2.10) был создан с целью организации движения в регулярной эксплуатации со скоростью 300 км/ч [17].

Сопротивление движению удалось уменьшить благодаря улучшению аэродинамики поезда. Во-первых, до 10,2 м2 уменьшено поперечное сечение вагона, по форме приближающееся к кругу. Во-вторых, с целью придания более обтекаемых очертаний изменена конфигурация лобовой ча- сти головного и концевого вагонов. Ее длина составила 15 м. В-третьих, максимально сглажены поверхности боковых стенок ку-

26

2.5. Поезда JR Central и JR West

Рис. 2.6. Поезд серии 300

Рис. 2.7. Блок-схема электропривода поезда серии 300

27

Глава 2. Высокоскоростной транспорт Японии

Рис. 2.8. Схема тележки поезда серии 300

Рис. 2.9. Тележка поезда серии 300

28

2.5. Поезда JR Central и JR West

зовов (разница уровней наружных поверхностей менее 3 мм) и конструктивных элементов ходовой части, а подкузовное оборудование закрыто экранами. Закрыты также обтекателями и телескопические токоприемники, которые имеют Т-образную конфигурацию с крыловидным полозом (ðèñ. 2.12).

Масса кузова одного вагона составила 5,6 т, а электрооборудования на состав — 68 т. В итоге – нагрузка на ось всего 10,8 т.

Бесшкворневые тележки не имеют подрессоренных балок. В первой ступени рессорного подвешивания применены буксырычаги с витыми цилиндрическими пружинами, залитыми в резиновую оболочку. Пневморессоры диафрагменного типа центральной ступени подвешивания регулируются компьютерной системой управления. Для подавления колебаний и вибраций вагонов между кузовами и тележками установлены гидравлические амортизаторы автоматической и полуавтоматической систем подавления вибраций.

Поезда серии 500 могут быть 16- и 12-вагонной составности, так как формируются из электрически независимых идентичных 4-вагонных групп (ðèñ. 2.11). Все вагоны моторные. В одном из вагонов группы размещается вспомогательное оборудование и компрессоры, в другом – тяговый трансформатор, а в двух оставшихся – по два полупроводниковых силовых преобразователя, от каждого из которых питаются тяговые двигатели двух тележек одного вагона.

Броневой трансформатор каждой группы мощностью 5400 кВА имеет в силовой схеме первичную и 4 вторичных обмоток, выполненных из алюминия и изолированных комбинацией полиамидной бумаги и пленки. Алюминиевые обмотки отличаются высоким значением полного сопротивления и могут выдерживать большие токи короткого замыкания. Выбор такой конструкции и материалов позволил уменьшить габариты и массу трансформатора вместе с системой охлаждения до 4200 кг. Исходя из величины активной составляющей сопротивления напряжение вторичной обмотки трансформатора было поднято до 1100 В, а напряжение на промежуточном звене постоянного тока преобразователя — до макси-

29

Глава 2. Высокоскоростной транспорт Японии

Рис. 2.10. Поезд серии 500

Рис. 2.11. Блок-схема электропривода поезда серии 500

30