Монорельсовый транспорт
 

Монорельсовый транспорт

Традиционная железнодорожная технология, основанная на принципе взаимодействия в системе колесо-рельс, уже подошла к пределу своих технических возможностей, и дальнейшего ощутимого количественного и качественного прогресса в части повышения скорости движения ожидать не приходится. Из-за резкого ухудшения сцепления колес с рельсами скорость колесного транспортного средства составляет примерно 350 км/ч. Дальнейшее увеличение скорости колесного транспорта может привести к экономически неоправданным затратам, и ее ограничение диктуется прежде всего расходом энергоресурсов. Известно, что затраты энергии при увеличении скорости со 100 до 300 км/ч возрастают почти в 9 раз. Для их снижения необходимо переходить на новые технологии.

С целью увеличения коэффициента сцепления при движении поезда с высокой скоростью в Японии стали подавать в зону контакта колесо-рельс мелкие частицы керамики, взвешенные в струе сжатого воздуха. Было разработано специальное оборудование, которым оснастили все поезда серии 700. Но это не решило проблемы качественного улучшения проблемы сцепления.

Своеобразным вариантом железнодорожной транспортной системы является монорельсовый транспорт. Получивший развитие в начале XIX века как городской и пригородный вид транспорта на направлениях с большими и регулярными пассажирскими потоками (Вупперталь, Нью-Йорк, Париж), к концу XX века монорельсовый транспорт вышел на междугородные трассы (Токио-Осака).

Монорельсовая дорога - это транспортная система, в которой вагоны перемещаются по балке-монорельсу, установленной на отдельных опорах или эстакаде (рис. 1-30).

Различают навесные и подвесные монорельсовые дороги. В навесных системах вагоны опираются на ходовую тележку, расположенную над путевой балкой, а в подвесных - вагоны подвешены к ходовой тележке и перемещаются под монорельсом. Подвеска вагонов может быть осуществлена двумя способами: либо симметричным, либо несимметричным. Не так давно в Киеве разработали монорельсовую систему с боковой подвеской.


В 2002 г. в аэропорту Дюссельдорфа впервые построена автоматическая монорельсовая транспортная система с двухколейной путевой структурой и двухвагонными поездами (рис. 1-31).

Поезда курсируют в автоматическом режиме в соответствии с тактовым графиком. В периоды уменьшения пассажиропотока возможна также эксплуатация поездов в режиме вызова. Один или два диспетчера контролируют движение поездов и могут управлять ими из центрального диспетчерского пункта, расположенного в главном станционном здании. Никакой другой персонал для обеспечения перевозочного процесса не требуется.



В настоящее время высокоскоростной пассажирский наземный монорельсовый транспорт с бесколесными системами на электромагнитном подвесе с использованием эффекта сверхпроводимости еще не имеет значительного применения. По мнению сторонников указанного вида транспорта, основными достоинствами системы магнитного подвеса являются полное отсутствие механического износа и возможность развивать сверхвысокую скорость.

Система, где поезд движется без контакта с путем и где электроника заменила механику, находится на более высоком техническом уровне по сравнению с традиционной системой колесо - рельс.

Работа в этой области, начатая в Германии в 70-х годах XX века, увенчалась созданием уникального поезда типа Transrapid, скорость которого составляла 400 км/ч. Бесколесные поезда с линейным приводом и электромагнитным подвесом при воздушном зазоре 10 мм были предназначены для использования на высокоскоростной линии Гамбург - Берлин.

В системе Transrapid используется принцип линейного электрического двигателя. В ней имеются статор и ротор, однако статор выполнен в развернутом виде и интегрирован в несущую структуру, а роль ротора выполняют магниты подвеса, смонтированные на поезде.

Когда на развернутую статорную обмотку с обоих концов подается напряжение переменного трехфазного тока, в ней возникает линейно перемещающееся магнитное поле. Это поле увлекает за собой ротор, а с ним - и весь поезд. Сила тяги и скорость движения поезда регулируются путем изменения амплитуды напряжения и частоты. Торможение поездов в системе Transrapid также осуществляется без использования сил трения. Переключив направление линейного перемещения магнитного поля, систему переводят из режима двигателя в режим генератора. Поезд замедляется, а вырабатываемая при этом энергия возвращается в сеть.

Вместо традиционной ходовой части и рельсового пути в системе Transrapid используются системы магнитного подвеса, направления и тяги. Системы подвеса и направления (рис. 1-32) работают по электромагнитному принципу, используя силы притяжения.


Система подвеса состоит из электромагнитов, симметрично расположенных с обеих сторон вдоль всего поезда и притягиваемых статорной обмоткой, уложенной на нижней поверхности несущей балки монорельса. Сила притяжения электромагнитов автоматически регулируется средствами электроники таким образом, чтобы она уравновешивала силу тяжести при сохранении заданного воздушного зазора между магнитами поезда и монорельсом.

Система направления включает в себя расположенные с обеих сторон поезда электромагниты с электронным регулированием, которые взаимодействуют с реактивными шинами, закрепленными с обеих сторон балок монорельса по всей ее длине. Система электронного регулирования следит за тем, чтобы зазор между магнитами подвеса и монорельсом в среднем поддерживался равным 10 мм. Расстояние между днищем кузова и поверхностью пути составляет 150 мм. Благодаря этому небольшие предметы или снежный покров на монорельсе не оказывают помех движению поезда в режиме магнитного подвеса.

На основе макетных проработок, выполненных в Японии, принято решение оборудовать линию Токио-Осака поездами с электродинамическим подвеском и линейными синхронными двигателями со сверхпроводящими электромагнитами. В ходе испытаний экспериментального поезда на испытательном полигоне (линия длиной 42,8 км) в провинции Яманаси в апреле 1999 г был установлен рекорд скорости - 552 км/ч. Новые поезда смогут обеспечить регулярные пассажирские перевозки с эксплуатационной скоростью до 500 км/ч.

В 2001 году начаты испытания этой системы, рассчитанные на 5 лет. Они позволят уточнить эксплуатационную готовность, проверить надежность и сроки службы элементов системы, а также ее технические и экономические показатели.

Общими особенностями для немецкой и японской систем на магнитном подвесе являются отсутствие контактной сети и замена колеса (как опоры и направляющих подвижного состава) магнитным подвесом. Совершен переход от тяги, основанной на сцеплении колесо-рельс, к тяге электромагнитным полем с помощью линейных синхронных двигателей, уложенных вдоль путевого полотна.

Казалось бы, благодаря способности развивать высокие скорости (до 500 км/ч при использовании воздушной подушки) и возможности сообщения по кратчайшему расстоянию монорельсовый транспорт является перспективным видом городского, пригородного и промышленного транспорта. Однако, несмотря на кажущуюся внешнюю простоту, монорельсовый путь сложен в устройстве, трудоемок в постройке и экологически небезопасен. Поэтому возможности его применения ограничиваются из-за большой капиталоемкости сооружения и дороговизны обслуживания. Но, несмотря на огромные затраты, в 2002 г. в Шанхае (Китай) проведены испытания первой коммерческой трассы поездов на магнитном подвесе (рис 1-33). Поезд преодолел 30 км всего за 8 мин, развив скорость 405 км/ч. Опытная эксплуатация первой коммерческой линии в Шанхае поездов на магнитном подвесе была начата в канун 2003 года.

Стоимость проекта оценивается в 1,2 млрд. долларов. Если линия будет работать успешно, то такие поезда в будущем будут использоваться в Китае и на других маршрутах.


Следует отметить, что в Японии проводятся также работы по созданию поездов на воздушной подушке. Японские исследователи обратились к этой технологии в ходе совершенствования системы магнитного подвеса. Это объясняется тем обстоятельством, что для создания воздушной подушки требуется в 4 раза меньше энергии. В качестве источника питания предложено использовать солнечные батареи, устанавливаемые на плитах, на которых смонтирован монорельс. Создан 8-метровый опытный образец вагона на воздушной подушке, который успешно прошел испытания со скоростью 50 км/ч. Ведутся работы над созданием новой модели поезда для движения со скоростью 150 км/ч, а в 2003 г. планировалось построить экипаж-прототип, рассчитанный на скорость 500 км/ч.