Nehézségek és kihívások a nagysebességű vonatok üzemeltetésében
A nagy sebességű forgalmat egyáltalán nem könnyű üzemeltetni. Sok utazó gyakran nincs is tisztában azzal, hogy milyen erőfeszítéseket kell tennie a 200 km/h-s akadály megtétele érdekében. Az alábbiakban felsoroljuk azokat a problémákat, amelyek a vasúti forgalmat magukban foglalják, és azt, hogy a vasúttársaságok hogyan próbálják ezeket minimalizálni.
A magas zajszint problémája
Ezt a nagy sebesség okozza, és ez különösen a lakosokat terheli. Sok helyen a hangszigetelt falak csökkentik a zajszennyezést. Az útvonalaktól balra és jobbra épített gátak szintén beváltak. Németországban például a próbapályán az előtétet más anyagokkal, például gyeppel vagy hangelnyelő betonnal cserélték. Ez utóbbi megtalálható a Frankfurt am Main és Köln közötti új vonalon. A zaj nemcsak a kerék és a sín kölcsönhatásából fakad, hanem az áramszedőből is. Az aerodinamikailag optimalizált áramszedőket nagysebességű vonatokhoz tervezték és használják.
Japánban a környezetvédelmi előírások olyan szigorúak, hogy a vonatok sokáig csak 270 km/h sebességgel haladhattak. Csak az 500-as szériával engedélyezték a 300 kilométer/órát menetrend szerinti járatokban. A Shinkansen vonat feje a jégmadárra épül, és különösen halkan vágja le a levegőt nagy sebességgel. Az áramszedő itt is érdekes. A hintákon lövedékek vannak a légturbulencia csökkentése érdekében. A technológiát a bagoly szárnyairól másolták, amelyről ismert, hogy gyakorlatilag némán repül.
Az alagútba való belépéskor mikro-sokkhullámok (más néven mikro-hanghullámok, mikro-sokkhullámok vagy sonic boom) keletkeznek, amelyek hangos durranáshoz vezetnek. A kacsacsőr nyilvánvalóan bebizonyította, hogy fejforma a nagysebességű vonatoknál. Ilyenek például a spanyol AVE-S 102 és a 700-as sorozat Shinkansen vonatai, a Fastech 360S és származékai E5 és E6.
Magas légellenállás problémája
A magas kopás problémája
Ez különösen a kerekeket, a síneket és az áramszedőket érinti. A kerekek idővel elhasználódnak és kisebbek lesznek. Mivel gyorsan halad, a vonat nagyon rövid idő alatt nagy távolságokat tesz meg. Ez azt jelenti, hogy a kerekeket, beleértve a tengelyeket is, egyre rövidebb időközönként cserélni kell.
A kerekek és a sínek futófelületei újonnan kissé lekerekítettek. Karimák nélkül sem tudna a vonat kisiklani egyenes szakaszokon vagy gyengéd kanyarokban. Idővel azonban a kerék futófelületei és a sínfejek ellapulnak, és az oldalirányú erők megnőnek - a vonat gördülni kezd. A speciális gördülő lengéscsillapítók ezt ellensúlyozzák.
A kerékpár másik problémája, hogy az idő múlásával sík foltokat hoz létre. A kerék ekkor már nem teljesen kerek. A ütés megkezdődik - nagyobb sebességgel csörgő vagy zümmögő hangot hallhat. Ennek oka a por, amely egyenetlenül telepedik le a kerék belsejére, és a sínek, amelyeket más nem kerek kerekek már megrongáltak, és ezt a "mintát" visszaadják más kerekeknek.
A sínek nemcsak a felszínen deformálódnak, hanem akkor is, ha az oldalirányú erők túl nagyok. Ez akkor áll fenn, ha egy vonat túl gyorsan kanyarodna be egy kanyarba. Mint már említettük, a vonatok gyorsan megcsúsznak a nagy sebességű utakon, ha nem építenek be jó minőségű gördülő lengéscsillapítókat. Leginkább passzív lengéscsillapítók, például a japán JR 500 sorozat aktív szereplői is. A járműből származó erőket alig viszik át a vágányokra, ami jelentősen megnöveli élettartamukat. Ezzel szemben a kisebb pályahibák alig befolyásolják az utas kényelmét.
A pályaágy problémája
Az előtétágy a leggyakoribb a világon, de csak korlátozott mértékben alkalmas gyorsan mozgó vonatokra. A nehéz, gyors vonatok miatt a vágányok és az alvók rezegnek, amikor elhaladnak mellettük. Idővel az alátétkövek, amelyek szorosan vannak az alvók között, szó szerint fel vannak őrölve. A pályák annyira fontos tartása elvész. Az eredmény: a pályák "úszni" kezdenek és oldalra tolódnak. Az ilyen vágányhibák növelik a csúszás kockázatát és csökkentik a vezetési kényelmet. Tehát nagyon sok karbantartási munkát kell elvégezni egy előtétpályán.
Másrészt a födémpályák sokkal karbantartásbarátabbak. A síneket beton úttestre szerelik, és már nem mozognak a helyről. A vágányok közötti hangelnyelőkkel együtt ez a sínrögzítési módszer maximális vezetési kényelmet és a vágányfenntartás költségeinek csökkenését eredményezi.
Nehézség az áram felvétele
Nagy sebességgel haladva nehéz mindig jó kapcsolatot fenntartani a kontaktvezetékkel. Az áramszedő 100–120 Newton érintkezési nyomása miatt a felsővezetékkel a felsővezeték rezegni kezd. Ha a kontaktvezeték rezgési hulláma ugyanolyan gyors, mint a vonaté, az áramszedő elveszíti az érintkezését. Legrosszabb esetben az áramszedő lebontja a felsővezetéket. Nagyobb húzóerő kifejtésével a vonalon a hullám terjedési sebessége elmozdul. Ha azonban a mechanikai húzóerő túl nagy, akkor a kontaktvezeték elszakad.
Ha a vonatok vontatásban vannak (pl. Az ICE 2), akkor a két áramszedő nem lehet túl közel egymáshoz, hogy ne növelje túlzottan a felsővezeték nyomását. Ez azt jelenti, hogy az ICE 2 két erőgépkocsiját soha nem lehet összekapcsolni, és mindkettőnek egyszerre van fent az áramszedő. Vagy csak egy meghajtású végkocsi csatlakoztatható vezérlőautóhoz, vagy 2 vezérlőkocsi összekapcsolásához.
A felsővezetékek mindig cikcakkban futnak az áramszedő felett. Ez elkerüli az áramszedő karbon érintkezősávjainak barázdáinak kialakulását. A modern technológia ellenére például a forgalmas Tokaido - Sanyo vonalon a kontaktvezetéket háromévente meg kell újítani. Az áramszedő érintkezősávjának élettartama mindössze három nap!
A vonat tömegének csökkentése
A súlycsökkentésre törekszenek, hogy a vágányok és a felépítmény ne kopjanak el olyan gyorsan. A legfontosabb itt az alacsony tengelyterhelés, amelynek lehetőség szerint 18 tonnánál kevesebbnek kell lennie. A vonatok esetében a mozdonyok vagy a motoros kocsik továbbra is a vonat legnehezebb elemei. Ezért épített Olaszország és most Németország úgynevezett több egységet, amelyekben a hajtás alkatrészei az egész vonaton el vannak osztva. Japánban a tengelyterhelés akár 11,5 tonnára is csökkenthető. Érdekes megjegyzés az oldalon: bár a francia TGV vonatok (TGV-PSE és TGV-A) statikus tengelyterhelése alacsonyabb, mint az ICE 1, az ICE alacsonyabb dinamikai erők miatt kisebb hatással van a vágányokra, mint a TGV.
Speciális kapcsolók használata
A kapcsolónyelv mellett a nagy sebességű vonalak kapcsolóinak mozgatható béka is van. Jobb oldali kapcsoló esetén ez a jobb, egyenesen haladó vasút metszéspontjában helyezkedik el a bal oldali vasúti vonallal jobbra fordulva. Ez áthidalja azt a rést, amely egyébként a kerék megereszkedését és kisiklását okozná a vonaton. Tehát lehetséges a vékony részarányok megépítése és 280 km/h-val vagy annál magasabb egyenes vonalban, 200 m/h-val az elágazásban, Franciaországban 230 km/h-val haladni.
Magas építési és karbantartási költségek
Az új németországi vonalak a számos alagút és híd miatt a világ legdrágábbjai közé tartoznak. A nagysebességű vonalaknak a lehető legegyenesebben kell haladniuk, és csak enyhe lejtésűek, hogy a tehervonatokkal vegyesen lehessen közlekedni. A legtöbb országban azonban csak személyvonatok közlekedhetnek új vonalakon. A Deutsche Bahn szakemberei látták ezt, és az NBS "Frankfurt am Main - Köln" -et jobban igazították a tájhoz. Paradox módon ez a Westerwaldon át vezető út az eddigi legdrágább ICE útvonal. A politikusok ehhez minden bizonnyal nagyban hozzájárultak azzal az igényükkel, hogy az emberek tartózkodjanak Montabaurban, Limburgban és Siegburgban. De a környezetvédők olyan épületeket is szorgalmaztak, amelyekre nincs szükség, például a 198 méter hosszú "Kluse" alagútra.
A japán Shinkansen útvonalak sűrűn lakott területeken magasak és hangszigetelt falakkal szegélyezettek. A városokban a hagyományos vonalak gyakran pontosan alul vannak. Ez az űrprobléma hozzájárul az útvonal költségeihez is. Ezenkívül Japánban gyakran földrengések vannak. Annak érdekében, hogy ne veszélyeztessék a vonatok utasait, a nagysebességű vasúti útvonalak mentén érzékelőket helyeznek el, amelyek minden tektonikus tevékenységet regisztrálnak, és veszély esetén fékezni kényszerítik a vonatokat. Az útvonal karbantartási munkáit csak néhány órán belül lehet elvégezni. Még a pálya cseréjének is meg kell történnie ebben a rendkívül rövid idő alatt. A Shinkansen vonatok nagy száma miatt egyetlen pályán sem lehet egyetlen szakaszon sem haladni, anélkül, hogy komoly késéseket kellene elfogadni.
Komplex jel- és biztonsági technológia
A vonatvédelmi rendszer 160 km/h feletti sebesség esetén kötelező. A vizuális jelzőtechnika mellett számítógéppel támogatott opciót is fel kell használni, hogy a vezető tájékoztatást nyújtson az útvonal állapotáról és a következő jelzésről egy kijelzőn keresztül. Például Németországban a vonatirányítást (LZB) használják.
Nemzetközi szállítás
Minden országnak megvan a maga vasúti filozófiája. Például, ha Németországból Franciaországba vezet, a vonatot fel kell szerelni 15 kV/16,7 Hz, valamint 25 kV/50 Hz áramellátásra. A vonatnak meg kell birkóznia a Franciaországban általánosan használt jelző- és ellenőrző rendszerekkel is. Még nehezebb, ha a nyomtáv szélessége is változik. A francia – spanyol határ vonatait a szokásos nyomtávolságról a spanyol széles nyomtávra kell váltani. Japánban az egész egységet megpróbálja követni. A technológia sokkal összetettebb, mint a kocsik, mivel több egység tengelyei részben meghajtottak. A pályától eltérő hosszúságú, magasságú és távolságú peronok vezetik a nemzetközi használat problémáját.
Politikai problémák
A politikáról itt nem kell sokat beszélni; Csak egy kis elgondolkodtató gondolat: Franciaországban a nagy sebességű útvonalak gyorsabban megvalósíthatók, mint Németországban. Ha valami Franciaországban "közérdekű", akkor egyetlen polgár sem állhat ellen és indíthat pert. Például, ha a háza a jövő útvonalán van, megkapja a ház vagy ingatlan értékét, amelyet kicserélnek, és el kell mennie. Németországban viszont bárki bírósághoz fordulhat. Ez egyrészt védi az egyén jogait, de néha kíméletlenül kihasználja, ami időbe és pénzbe kerül. A megállapodás elérése érdekében gyakran olyan költséges megoldásokat kell elfogadni, mint a mesterséges alagutak.
Összegzés
Mint látható, a nagysebességű vasúti közlekedés nemcsak gyorsabb vasúti rendszer, hanem olyan luxus, amelyet kevés ország engedhet meg magának. Az összes említett probléma kezelése érdekében sok pénzt kell befektetni a műútba és a járművekbe. A hagyományos útvonalakat anyagilag nem szabad elhanyagolni. Ha továbbra is szeretné tudni, hogy mi a technológia egy nagysebességű vonaton, ajánlott az Eurostar vagy az ICE 3 vonatleírása. Az Eurotunnel, amelynek felépítését részletesen leírtam, a gyorsforgalmi technika műszaki remekének is számít. Érdekes megvitatni azt is, hogy melyik vonatrendszer a jobb.
Dönthető vonatok
Egy ideje vannak olyan vonatok is, amelyek rövid utazási időt biztosítanak a hagyományos, kanyargós útvonalakon, és ugyanakkor a nagysebességű vonatok magas szintű kényelmét kínálják. Eddig a nagysebességű vonatok hátránya mindig az volt, hogy teljes 250–300 km/h sebességüket csak speciálisan felszerelt nagysebességű vonalakon tudták használni. A gyorsvonatokat a hagyományos, kanyargós útvonalakon lassítják. Ezért nem meglepő, hogy az 1970-es évek elején jelentek meg az első, billentéstechnikával rendelkező tesztjárművek. A billentési technika azt eredményezi, hogy a vonat kocsijait hidraulika, elektronika vagy mechanika dönti meg, és a vonat motorosként hajolhat az ívbe. Ez lehetővé teszi a vonat gyorsabb haladását az íveken keresztül anélkül, hogy csökkentené az utasok kényelmét a centrifugális erők miatt.
Különösen Olaszország és Svédország kínálja utasainak a gyorshajtót számos útvonalon. A billenő vonatok csak nemrég kezdték meg működésüket Németországban és Svájcban. Meglepő módon a billentéstechnika témájával meglehetősen későn foglalkoztak Franciaországban. 1998 körül a francia állami vasúti SNCF próbaüzemeket végzett a módosított TGV-PSE-vel, a TGV-Pendulaire-rel. Eddig azonban még nem volt sorozatgyártás.
A legismertebb döntési technológia az olasz Pendolino, amelyet a Fiat (ma: Alstom) gyárt. Ez nemcsak továbbfejlesztett formában található meg az összes többi Pendolinóban, hanem az ICE-T-ben is. A hajtás aktívan hidraulikus. A franciaországi TGV Pendulaire tesztvonatnál először az aktív hidraulikus billentési technológiát alkalmazták, de ezt követően az Alstom elektromechanikus változatává alakították. A svéd X2000 (X2) az ABB fejlesztését tartalmazza - szintén aktívan hidraulikus. A Siemens az ICE-TD-t aktív, elektromechanikus billentési technológiával látta el. Mindenesetre a több Neitech vonat irányába mutató tendencia fokozódik, mivel az új vonalak építése egyre drágább lesz.
Mágneses levitációs vonatok
A telivér nagysebességű vonatok és a billenő vonatok mellett létezik egy harmadik típusú vonat is, amely lehetővé teszi a nagy sebességű utazást. A maglev vonatról beszélünk. Világszerte csak Japán és Németország kínál már üzemelő vonatokat, bár a németországi technológia még mindig jócskán megelőzi a japán technológiát. A különbség azonban érezhetően csökken, mivel a német Transrapid nagyon ellentmondásos projekt, és a Transrapid vonal építése Németországban hosszú távon kudarcot vallott.
A Transrapid már 1995-ben készen állt a használatra. Az emslandi vizsgálóhely lenyűgözően bebizonyította, hogy a 400 km/h-nál nagyobb sebesség nem jelent problémát a mágneses lebegtetésű vonatok számára. Mindenekelőtt a jó gyorsulási képesség segíti a vonatot a magas átlagos sebesség elérésében. A többi vonattal ellentétben a vontató motor a vágányon helyezkedik el. A Transrapidot mozgó mágneses mező hordozza és gyorsítja az útvonaltól rövid távolságra.
A szupravezetés meghatározó szerepet játszik Japánban. A mágneseket majdnem -273 Celsius fokig lehűtik szinte abszolút nullára. Az elektromos ellenállás eltűnik, és erős mágneses mező épül fel. A maglev (Magnetic Levitation) csak 100 kilométer/órás sebességgel képes lebegni. Előtte a kerekeknek kell szállítaniuk a vonatot. Japán mágneses levitációs vonata elérte az 581 km/h maximális sebességet, és a japánok most azt a "vasúti kék szalagot" követelik, amelyet a francia TGV-Atlantique eddig 515,3 km/h sebességgel saját magának nevezett. Indokolatlan azonban, hogy ezt a díjat a Maglev kapja meg, mivel a vasútra kötött vonatok mozgástechnikája alapvetően különbözik a mágneses lebegésű járművekétől és nem összehasonlítható. A Maglev kerekeit csak 100 km/h sebességig használják, ezt követően a vonat lebeg. Akárhogy is legyen, ezen a weboldalon többet megtudhat a japán Transrapid vagy Maglevről.
Összegzésként elmondható, hogy a nagy sebességű forgalom költséges, de igazolható. Végül is a vonatoknak a sínekre kell csábítaniuk az utasokat, és ez csak vonzó menetidővel és magas szintű kényelemmel lehetséges. A biztonság és a megbízhatóság természetesen elsődleges fontosságú, és az eschedei vonatbaleset semmit sem változtat. A vonat a világ egyik legbiztonságosabb közlekedési módja. Japánban azóta nincs életre panasz, mióta a nagysebességű vasút 1964-ben megkezdte működését. A mágneses lebegésű vonat minden bizonnyal bizonyítani fogja a jövőben, bár repülőtéri transzferként történő használata nem alkalmas ultragyors utazásokra, és a technológia jövedelmezőbb lenne az USA vagy Ausztrália számára.