Почему поезда не сходят с рельсов

Профессия <<машинист>> не такая древняя, как многие другие, и связана с появлением железных дорог. Прообраз железной дороги появился в древности. Это были рельсовые (деревянные или каменные) колеи, по которым перетаскивали тяжелые грузы. В 1825 г. была построена первая в мире железная дорога с паровой тягой. Эту дату можно считать датой появления профессии <<машинист>>.

Почему поезда не сходят с рельсов?

Колеса вагонов или локомотивов наглухо насажены на оси и вращаются вместе с ними (их называют колесными парами). На обод каждого колеса насажено плотно схватывающее его стальное кольцо - бандаж. С внутренней стороны бандажа по всей его окружности есть выступ - гребень. Он не дает колесу сойти с рельса наружу. Сойти с рельса внутрь рельсового пути колесу мешает гребень другого колеса той же колесной пары.

Вес локомотива или вагона создает нагрузку на колесо, а через нее на рельс. Поэтому при движении между колесом и рельсом возникает сила трения (сцепления), и колесо не скользит, а катится по рельсу. От силы, прижимающей колесо к рельсу, зависит и сила тяги локомотива. Чем тяжелее локомотив и чем сильнее его колеса прижимаются к рельсу, тем более тяжелый поезд может он везти. Конечно, двигатели локомотива должны быть достаточно мощными, чтобы везти поезд с необходимой скоростью. Но если локомотив будет слишком легким, то он не сможет везти за собой тяжелый поезд, какими бы мощными ни были его двигатели. Колеса такого локомотива не будут достаточно сильно прижиматься к рельсам и начнут скользить.

Тепловоз - это автономный локомотив, первичным двигателем которого является двигатель внутреннего сгорания (ДВС), обычно дизель.

Появившийся в начале XX века тепловоз стал экономически выгодной заменой как низкоэффективным устаревшим паровозам, так и появившимся в то же время электровозам, рентабельным лишь на магистралях со сравнительно большим грузо - и пассажиропотоком.

В настоящее время тепловозы практически полностью заменили паровозы на маневрах и выполняют примерно 40% грузооборота сети. Непрерывно растущие требования повышения массы поездов и скоростей их движения определяют потребность создания все более мощных локомотивов. Уже сейчас необходимы автономные локомотивы секционной мощностью 6000 - 7350 кВт (8000 - 10000 л. с. ). Не менее важной задачей является перевод автономных локомотивов на альтернативные виды топлива, например газ. Эти проблемы успешно решаются при применении в локомотивостроении газотурбинных двигателей. Созданы и эксплуатируются газотурбовозы - автономные локомотивы, у которых газовая турбина - основной силовой двигатель.

Тепловозом называется автономный локомотив с двигателем внутреннего сгорания, обычно дизельным. Дизель тепловоза преобразует энергию жидкого топлива в механическую работу вращения коленчатого вала, от которого движение через передачу получают колеса. Дизель плохо приспособлен к переменным режимам работы. Мощность прямо пропорциональна частоте вращения коленчатого вала (при неизменной подаче топлива), поэтому более выгодна его работа в постоянном режиме, при максимальной частоте вращения коленчатого вала. Для обеспечения возможности работы дизеля с постоянной частотой вращения вала и передачи энергии движущим колесным парам служит тяговая передача, согласующая условия работы локомотива и дизеля.

КАК УСТРОЕН И РАБОТАЕТ ЭЛЕКТРОВОЗ

В дизельных электровозах электрическая энергия, двигающая колеса, образуется за счет работы дизельных двигателей. Турбонасос постоянно накачивает в двигатель воздух, повышая его мощность.

Электровозом называют локомотив, приводимый в движение электрическими двигателями, которые получают электрическую энергию через токоприемник от контактной сети. В контактную сеть электроэнергия поступает от тяговой подстанции.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ

Переменный или постоянный ток?

Электрические станции вырабатывают электрическую энергию трехфазного переменного тока, который передается на большие расстояния по трем проводам. Частота переменного тока, питающего промышленные установки, в разных странах различна. Она колеблется от 25 до 60 периодов в секунду (герц). В России, как и в большинстве стран, промышленная частота принята равной 50 Гц.

Немного из теории движения поезда

Теория движения поезда является составной частью прикладной науки о тяге поездов, изучающей вопросы движения поездов и работы локомотивов. Для более ясного понимания процесса работы электровоза необходимо знать основные положения этой теории. Прежде всего основные силы, действующие на поезд при движении, - это сила тяги, сопротивление движению, тормозная сила. Машинист может изменять силу тяги и тормозную силу; силой сопротивления движению управлять нельзя.

Машинисту невозможно обойтись без измерительных приборов. Надо знать их принцип действия, уметь разбираться в электрических цепях и регулировании усилителей высокой и низкой частоты.

Световая сигнализация на транспорте имеет давнюю историю. В России началом ее можно считать введение самолично еще Николаем 1 сигнальных зеленых огней на паровозах. Его высочайшее повеление вышло после того, как однажды ночью на единственной тогда в России Царскосельской железной дороге поезд задавил часового.

В наше время передача световой сигнализации на ж. д. осуществляется при помощи различных сигнальных огней, светофоров, информационных табло, телевизионных экранов, мониторов ит. д.

Бороться с ослепляющим действием прожекторных огней можно с помощью поляризаторов. Поляризаторы - это например пленки, пластинки веществ, которые пропускают свет только в одном направлении. Так, проходя через два поляроида, расположенным под углом 90°, интенсивность равна нулю. Такое свойство поляроидов можно использовать на практике, если например первый поляризатор установить в выходном отверстии локомотива, второй, повернутый на 90°, - на лобовом стекле кабины машиниста локомотива: прямой свет прожектора встречного поезда в кабине машиниста будет сильно ослаблен.

Белая краска отражает все видимое глазом излучение, черная - наоборот, поглощает все это облучение. Именно поэтому на южных дорогах нашей страны крыши вагонов окрашены в светлые тона, а на севере - наоборот, желательны темные тона, а, значит, в вагоне будет теплее.

Разные цвета наш глаз воспринимает неодинаково хорошо. Красный цвет распознает быстро и при этом действует на нас возбуждающе. Желтый и оранжевый вызывают концентрацию внимания, а светло-зеленый действует успокаивающе. Цвет вызывает даже ощущение температуры: говорят, что красно-желтые цвета - теплые, а голубовато-синие - холодные. Глаз по-разному реагирует на сочетание цветов: лучше всего различает красное и зеленое, желтое и черное. Вот почему для сигнализации на транспорте используют цвета: красный (опасность), желтый (предупреждение), а зеленый (безопасность). Не случайно выбран и оранжевый цвет рабочих на дороге - он сразу <<бросается в глаза>>. Еще пример: установлено, что именно оранжево-красные полосы на лобовой части локомотива имеют наибольшую дальность видимости. Часто их наносят флюоресцирующими красками, люминесцирующими под действием дневного света, что увеличивает дальность видимости в 1,5-2 раза. Для выделения цвета и уменьшения его интенсивности используют светофильтры (для затмения слишком яркого света).

Магнитоплан или Маглев (от англ. magnetic levitation ) - это поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами. Такой состав, в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью движения существует зазор, трение исключается, и единственной тормозящей силой является сила аэродинамического сопротивления.

Скорость, достижимая маглев, сравнима со скоростью самолета и позволяет составить конкуренцию воздушным сообщениям на малых (для авиации) расстояниях (до 1000 км). Хотя сама идея такого транспорта не нова, экономические и технические ограничения не позволили ей развернуться в полной мере: для публичного использования технология воплощалась всего несколько раз. В настоящее время, Маглев не может использовать существующую транспортную инфраструктуру, хотя есть проекты с расположением элементов магнитной дороги между рельсов обычной железной дороги или под полотном автотрассы.

Общие сведения

Привод - электродвигатель;

Период - с 1989 года;

Скорость - до 600 км/ч;

Область применения - междугородний общественный транспорт;

Инфраструктура - магнитный рельсовый путь.

Технология

На данный момент существует 3 основных технологии магнитного подвеса поездов:

1. На сверхпроводящих магнитах (электродинамическая подвеска, EDS).

Сверхпроводящий магнит - соленоид или электромагнит с обмоткой из сверхпроводящего материала. Обмотка в состоянии сверхпроводимости обладает нулевым омическим сопротивлением. Если такая обмотка замкнута накоротко, то наведённый в ней электрический ток сохраняется практически сколь угодно долго. Магнитное поле незатухающего тока, циркулирующего по обмотке сверхпроводящего магнита, исключительно стабильно и лишено пульсаций, что важно для ряда приложений в научных исследованиях и технике. Обмотка сверхпроводящего магнита теряет свойство сверхпроводимости при повышении температуры выше критической температуры сверхпроводника, при достижении в обмотке критического тока или критического магнитного поля.

2. На электромагнитах (электромагнитная подвеска).

3. На постоянных магнитах; это новая и потенциально самая экономичная система.

Достоинства

* Теоретически самая высокая скорость из тех, которые можно получить на серийном (не спортивном) наземном транспорте.

* Низкий шум.

Недостатки

* Высокая стоимость создания и обслуживания колеи.

* Вес магнитов, потребление электроэнергии.

* Создаваемое магнитной подвеской электромагнитное поле может оказаться вредным для поездных бригад и окрестных жителей. Даже тяговые трансформаторы, применяемые на электрифицированных переменным током железных дорогах, вредны для машинистов, но в данном случае напряжённость поля получается на порядок больше. Также, возможно, линии маглева будут недоступны для людей, использующих кардиостимуляторы.

* Потребуется на высокой скорости (сотни км/ч) контролировать зазор между дорогой и поездом (несколько сантиметров). Для этого нужны сверхбыстродействующие системы управления.

* Требуется сложная путевая инфраструктура. Например, стрелка для маглева представляет собой два участка дороги, которые сменяют друг друга в зависимости от направления поворота. Поэтому маловероятно, что линии маглева будут образовывать мало-мальски разветвлённые сети с развилками и пересечениями.

Реализация

Первая публичная система маглев построена в Берлине в 1980-х годах.

Дорога длиной 1,6 км соединяла 3 станции метро. После долгих испытаний дорога была открыта для движения пассажиров 28 августа 1989 г. Проезд был бесплатный, вагоны управлялись автоматически без водителя, дорога работала только по выходным дням. 18 июля 1991 линия перешла в промышленную эксплуатацию и включена в систему метро Берлина.

После разрушения Берлинской стены население Берлина фактически удвоилось и потребовалось соединить транспортные сети Востока и Запада. Новая дорога прерывала важную линию метро, а городу требовалось обеспечить высокий пассажиропоток. Через 13 дней после ввода в промышленную эксплуатацию, 31 июля 1991, муниципалитет принял решение демонтировать магнитную дорогу и восстановить метро. C 17 сентября дорога была демонтирована, а позднее - восстановлено метро.

Бирмингем

Нескоростной маглев-челнок ходил от Бирмингемского аэропорта к ближайшей железнодорожной станции в период с 1984 по 1995 гг. Длина трассы составляла 600 м, и зазор подвеса составлял 1,5 см. Дорога, проработав 10 лет, была закрыта из-за жалоб пассажиров на неудобства и была заменена традиционной монорельсовой дорогой.

Неудача с первой маглев-дорогой в Берлине не отпугнула немецкую компанию Transrapid от продолжения исследований, и позже компания получила заказ от китайского правительства на строительство высокоскоростной (450 км/ч) маглев-трассы от шанхайского аэропорта Пудун до Шанхая. Дорога открыта в 2002 году, её длина составляет 30 км. В будущем её планируется продлить на другой конец города до старого аэропорта Хунцяо и далее на юго-запад до города Ханчжоу, после чего её общая длина должна составить 175 км.

В Японии испытывается дорога в окрестностях префектуры Яманаси. Скорость, достигнутая в процессе испытаний с пассажирами 2 декабря 2003, составила 581 км/ч.

Там же, в Японии, к открытию выставки Expo 2005 в марте 2005 введена в коммерческую эксплуатацию новая трасса. 9-километровая линия Линимо (Нагоя) состоит из 9 станций. Минимальный радиус - 75 м, максимальный уклон - 6 %. Линейный двигатель позволяет поезду разгоняться до 100 км/ч за считанные секунды.

Имеются сведения, что японские компании ведут строительство подобной линии в Южной Корее.

Япония запустит поезд на магнитной подушке

Япония планирует в 2025 финансовом году запустить сверхскоростной поезд на магнитной подушке. Постройка линии и составов обойдется примерно в 45 миллиардов долларов США.

Китайцы против "дороги будущего"

Население Шанхая выступило с массовыми протестами против местной гордости - уникальной железной дороги на магнитной подушке, поезда которой словно летят по воздуху.

"Мы чувствуем себя так, словно живем в микроволновой печке, наши дома обесценились, риелторы отказываются иметь с нами дело, когда узнают, что наши дома находятся рядом с трассой поезда", - жалуются китайцы, чьи жилища оказались в непосредственной близости от "дороги будущего". По их словам, магистраль излучает сильную электромагнитную радиацию.

Комментарий

По мнению экологов, самая большая опасность от поездов на магнитной подушке - это так называемые шумовые загрязнения. Шум этих поездов гораздо более неприятный и раздражающий, чем у обычных поездов или электричек. Постоянное пребывание в районе этого шума вызывает чувство беспокойства, неуверенности, раздражения. Любые звуки так или иначе действуют на людей раздражающе, а эти особенно, подчеркивают специалисты. Проблем с излучением, магнитным или тепловым, обычно не наблюдается, потому что такие поезда курсируют на небольшие расстояния и с большими временными промежутками.

Поезда на магнитной подвеске как будто плывут над рельсами, поля создаются током, который течет по обмоткам электромагнитов, расположенных вдоль рельса и под поездом. Одноименные полюса сталкиваются, и поезд движется в мощном магнитном поле. Такие поезда испытывают значительно меньшее трение при движении, чем обычные поезда; меньше у них и износ деталей. Экспериментальные поезда на магнитной подвеске в Германии и Японии развивают скорость до 400 км/ч.

Российский современный поезд <<Сапсан>> получил свое название в честь самой быстрой птицы - сокола.

С 12 декабря 2010 года между Санкт-Петербургом и Хельсинки начал курсировать скоростной поезд <<Аллегро>>. Развивает скорость до 220 километров в час. "Аллегро" переводится с итальянского как "быстрый".

В поездах "Аллегро" 344 места - 296 второго класса и 48 первого. Пассажирские вагоны и первого и второго классов оборудованы регулируемыми сиденьями, складными столиками, карманами для хранения газет и журналов, подставками для ног и электрическими розетками для подключения компьютеров и мобильных телефонов.

Во время поездки пассажиры смогут обменять валюту. Поезда "Аллегро" спроектированы как зона для некурящих.

Уникальность этих поездов состоит в том, что они могут использоваться на линиях и с постоянным и с переменным током, в них одновременно реализована как финская, так и российская технология коммуникаций и установлены две системы управления движением. Также в конструкции поезда использована технология наклона кузова до 8 градусов, что позволяет проходить повороты с более высокой скоростью.

Как и любая сфера производства, развивается и эксплуатация железных дорог. И только творческое поколение профессионалов, владеющее физическими знаниями, может решить проблему совершенствования электроподвижного состава и устройств электроснабжения, и, самое главное, обеспечить безопасность движения.

Перспективы развития железнодорожного транспорта в СКФО :

В числе наиболее приоритетных можно выделить следующие проекты:

* строительство новой железнодорожной линии Минеральные Воды - аэропорт, которая предусматривает организацию интермодальных перевозок на участке Кисловодск - Минеральные Воды - аэропорт;

* развитие железнодорожного узла припортовой станции "Махачкала" и подъездных путей для обслуживания Махачкалинского морского торгового порта в целях увеличения перевозок грузов в железнодорожном и морском сообщении по международному транспортному коридору "Север-Юг";

* строительство железнодорожного пограничного пункта пропуска "Дербент" в целях увеличения пропускной способности и качества обслуживания в системе международного транспортного коридора "Север-Юг";

* строительство железнодорожной линии Солдатская - Тырныауз для организации железнодорожного обслуживания курортной зоны и подъезда к карьерам полезных ископаемых на территории Кабардино-Балкарской Республики;

* строительство железнодорожной линии Буденновск - Нефтекумск - Кизляр (Ставропольский край - Республика Дагестан) для обеспечения транзитных грузовых перевозок, а также устойчивых транспортных связей населенных пунктов района тяготения к основным железнодорожным направлениям.

Кроме того, можно выделить следующие социально значимые железнодорожные проекты:

* строительство железнодорожной линии Ставрополь - Невинномысск в целях оптимизации транспортной связи г. Ставрополя с курортной зоной г. Минеральные Воды;

* строительство железнодорожной линии на обходе г. Беслана (Республика Северная Осетия - Алания) в целях переноса транзитного движения поездов из центральных районов города;

* строительство железнодорожной линии Котляревская - Галашки в целях социально-экономического развития Республики Ингушетия;

* реконструкция сети железных дорог на территории Чеченской Республики, восстановление путей, станций, искусственных сооружений в целях организации надежного и безопасного движения поездов;

* комплексная реконструкция участка железнодорожной линии Грозный - Назрань в целях восстановления грузового сообщения и движения пригородных пассажирских поездов на участке Грозный - Прохладный для обслуживания густонаселенного района.

Перспективы развития железнодорожного транспорта в СКФО говорят о том, что найдется область применения нашим профессиональным знаниям.

* Переходить железную дорогу нужно только в специально отведенном месте - там, где есть специальный настил.

* Стоять на краю платформы очень опасно - может затянуть под проходящий поезд.

Экстренное торможение далеко не всегда спасает. Срабатывают элементарные законы физики. Еще один из этих законов гласит, что при встречном движении двух поездов между ними образуется своеобразная аэродинамическая воронка, в которую легко можно попасть, но из которой практически невозможно выбраться. Правила передвижения людей для того и придуманы, чтобы избежать трагедий.

Запомните: ваша жизнь в ваших руках!