Сверхскорые поезда
Интересная винтажная статья, которая, думаю, заинтересует коллег.
Можно ли осуществить сверхскоростные движения на существующей рельсовой колее – вот в каком направлении работал последние годы ряд конструкторов. На готовом ж.-д. пути, без перемены его строения, осуществить скорости свыше двухсот километров – цель этих работ. И наряду с новыми путями решения скоростных проблем велась долгая работа по осуществлению сверхскорости на существующей колее. За границей есть уже поезда, которые курсируют со скоростями, доходящими в эксплуатационных условиях до 175 км в час. У нас создан проект сверхскоростного поезда научными сотрудниками Московского института инженеров транспорта.
Достижение сверхскорости на рельсовой колее очень трудная техническая задача. Наш рельсовый путь представляет собой две стальных линии, уложенных на шпалы. По ним бегут колесные скаты поездов. Скаты снабжены ребордами (борты по краям колеса). Можно ли математически точно построить рельсовый путь? Сделать идеально точными расстояния между рельсами, выравнивая их так, чтобы они представляли точную математическую прямую? Нет, конечно, нельзя. Это относится и к подвижному составу, и движущийся поезд, наталкиваясь на неровности, качается. Эти качания или, как говорят, колебания, пропорциональны квадрату скорости движения. Если вначале движения скорость и колебания были равны единице, то в следующий момент, когда скорость будет равна двум – колебания уже возрастут до четырех единиц! Следовательно, при больших скоростях возникнут сильные удары качающихся колес о рельсы. Путь может быть расшатан и поезд сойдет с рельсов. Даже на очень прочном пути возрастающие колебания стали бы причиной схода поезда с рельсов. Маленькие реборды колес не удержат быстро нарастающих широких колебаний кузова.
Все же творческая мысль нашла ряд интересных решений этой сложной задачи. Одной из самых первых попыток следует считать опыты Кросби и Уимса в США. Они построили в 1891 г. в Лорене небольшой замкнутый круг рельсового пути (длина 3200 м). На узкой колее (71 см), бегал, напоминающий морскую мину, вагончик на двух осях. Круглое тело вагончика высотою в 82 см заканчивалось опереди и сзади острыми конусами. Внутри вагончика были помещены два электромотора на осях вагончика. Для передачи тока бегущему вагону вдоль всего пути были сооружены специальные брусья с электропроводкой. Ток, поступавший в такую своеобразную контактную электросеть передавался специальными пантографами (токоснимателями) в моторы.
Кросби и Уимс достигли скорости свыше 100 км в час. Идя дальше, они достигли своего максимума –184 км в час, но достигнутая скорость закончилась катастрофой. Вагон слетел с рельсов на десять метров в сторону, и при полете исковеркал около 300 метров пути.
Через десять лет (1901 г.) вновь начинается изучение сверхскоростных движений на железной дороге. На этот раз им занимаются немцы. Специальное общество по изучению электрических дорог большой скорости приступило к опытам на военной дороге Мариенфельд – Цоссен. Линия была электрифицирована, вдоль всей дороги тянулась специальная контактная сеть. Электрическое оборудование вагона было выполнено известной фирмой «Сименс и Гальске». Путь был уложен обычными рельсами, без особого усиления. Тяжелые вагоны (92,9 т) достигли при опытах 211,2 км в час, и сами опыты дали богатый фактический материал.
Выяснилось однако, что такие грандиозные скорости, достигнутые тяжелым вагоном, совершенно расстроили путь. И для того, чтобы двигаться со скоростью 200 км в час с этим вагоном, нужно было усилить путь, вложив в него огромные капиталы. Это было признано неэкономичным, и после опытов на дороге Мариенфельд – Цоссен работа по сверхскоростям замерла. Лишь с 20-х годов появляется ряд разнообразнейших проектов и конструкций.
* * *
Одной из наиболее интересных конструкций является вагон Крукенберга. Хорошо обтекаемый вагон напоминает стрелу, плоский хвост которой прижался к земле. Верх хвоста на конически собранном конце имеет пропеллер. Таким образом вагон
Крукенберга имеет независимый двигатель, у которого много преимуществ перед другими. Легкий, мощный вагон (вес его 18,5 т) рассчитан на 24 человека (двигатель 460 л.с.). Проектная скорость – 250 км в час. Вагон Крукенберга в 1930 г. свободно показывал на опытных пробегах 206 км в час.
Отдельно стоит предложение проф. Везингера (Швейцария). Он предлагает совершенно новый путь, хотя сохраняет принцип двухлинейного движения железных дорог. Предложение проф. Везингера исходит из основной опасности поезда больших скоростей – схода с рельсов. В начале мы говорили, что колебания вагона растут пропорционально квадрату скорости движения. Это явление и побудило проф. Везингера отказаться от прежней конструкции пути. В его конструкции рельсы наклонены внутрь пути под углом 30 градусов к вертикали. Реборды колес значительно длиннее обычных, и при такой конструкции пути и подвижного состава сход с колеи невозможен. Сооружение нового пути и постройка совершенно нового подвижного состава потребовали бы огромных капиталов и проект Везингера пока не осуществлен.
За последние годы конструктора усиленно занялись работами с автомотриссой. Автомотрисса – это вагон, имеющий в качестве двигателя дизельную установку и электромоторы (иногда без последних). Благодаря легкости конструкции и экономической выгодности эксплуатации автомотрисса показала уже прекрасные результаты. Скорость таких поездов, находящихся в ежедневной эксплуатации, достигает 170 км в час.
Одной из первых автомотрисе, широко освещенных мировой печатью, была существующая и сейчас автомотрисса немецкого общества государственных железных дорог. Впервые она пущена в декабре 1932 г. между Берлином и Гамбургом и называлась «Летучий гамбуржец». Двухкузовный состав на трех тележках весит всего 74,4 т при длине в 42 м. Снабженный сильными генераторными группами, общей мощностью в 820 л.с., «Летучий гамбуржец» свободно развивает скорость в 160 км в час.
Выглядит автомотрисса исключительно эффектно. У нее прекрасно обтекаемая форма. Наружные стенки переливаются хорошо подобранной гаммой красок: серебристо-серый, лиловый, кремовый цвета чередуются в красивом сочетании. Внутреннее убранство полно комфорта и блеска. Рассчитанная на 102 места автомотрисса имеет курящую и некурящую половины. В одном из них буфет и 7 отделений. Отделанный под орех вагон устлан коврами. Внутри зеркальные шкафы, буфеты.
Интересны и конструктивные особенности «Летучего гамбуржца». Если водитель потерял внезапно трудоспособность и выпустил из рук рукоятку безопасности, – моментально вступает в строй особая система, которая останавливает поезд. «Летучий гамбуржец» снабжен очень сильными тормозами. Достаточно сказать, что если включить тормоза на скорости 160 км в час, то через 120 м поезд будет стоять без движения. Кроме того автомотрисса снабжена автостопом. Проехать сигнал, закрывающий проход, нельзя. Поезд остановится помимо желания машиниста.
Английская автомотрисса напоминает танк. Стены вагона ниспадают почти до самой головки рельса. Форма исключительно хорошо обтекаема, даже двери закруглены. Все электрические приборы и двигатели расположены ниже пола вагона. Рассчитанная на 69 мест автомоторисса имеет мощность 130 л.с., скорость –120 км в час.
Во Франции была построена и пущена в эксплоатацию автомотрисса Бугатти. Новинкой являются колеса на резиновом ходу, что делает движение почти бесшумным. Исключительная мощность автомотриссы (800 л. с. при 68 пассажирах) дает возможность развивать очень большие скорости – до 173 км в час.
В 1933 г. в Америке Пульмановской компанией для дороги Юнион-Пасифик был построен и пущен в ход новый высокоскоростной поезд. Три кузова собраны на четырех тележках. Две внутренних тележки являются общими для смежных кузовов. Поезд построен из легких сплавов и весит 80 т (почти столько же весит один мягкий вагон наших дорог). Мощные двигатели (600 л. с.) внутреннего сгорания соединены с моторами на осях. Поезд развивает максимальную скорость 175 км в час. Три вагона вмещают 116 пассажиров, есть багажное и почтовое отделения и кухня.
Внешняя форма хорошо обтекаема. Фонари, свистки и прочие выступающие приборы спрятаны внутрь вагона, даже ступеньки убираются при движении. Обильное применение резины в конструкции поезда делает скоростное движение почти бесшумным. Внутри вагонов мягкие кресла. За спинками кресел столики для завтрака. Поезд вентилируется воздухом: зимой теплым, летом – прохладным. Специальные устройства высасывают пыль из воздуха вагонов.
* * *
В начале этого года в США пущен в эксплуатацию новый высокоскоростной автопоезд «Зефир». Построенный американской железнодорожной компанией «Чикаго-Барлингтон и Куинси», он предназначен для железной дороги Канзас-Сити – Ст. Джозеф – Линкольн. Рассчитан «Зефир» (западный ветер) на среднюю скорость 150 км в час, но развивает до 180. Внешней формой он почти не похож на своего предшественника «Юнион-Пасифик». Окугленные, прекрасно обтекаемые формы не лишены известной красоты. Часть боковых стенок – для легкости – выполнена из гофрированного металла.
Новый поезд не отличается от «Юнион-Пасифик» в основных конструктивных деталях, но для постройки «Зефира» применялась специально выработанная сталь с пределом упругости около 5 тыс. кг/см², в то время как наши стали обладают пределом упругости в 2000–2500 кг/см². Трехкузовный «Зефир» снабжен мощным дизелем в 600 л. с. Так же, как и у «Летучего гамбуржца», сооружена экстренно-тормозная система, действующая в момент потери трудоспособности водителя.
* * *
В самом конце 1933 г. у нас в СССР новую конструкцию высокоскоростного поезда на существующей рельсовой колее предложили два конструктора – Олег Дмитриевич Полуян и Николай Николаевич Иванов. Основная идея заключается в том, чтобы на нашем нереконструированном рельсовом пути (т. е, слабых рельсах, слабом балласте и пр.) достигнуть скоростей порядка 200–250 км. Поставленная задача, судя по проекту, разрешена авторами довольно удачно.
В проекте намечено прежде всего уменьшение статических нагрузок на ось поезда (т. е. нагрузок на ось поезда в состоянии покоя). По проекту у поезда будет 5-тонная нагрузка. Отметим для сравнения, что средняя статическая нагрузка на ось паровоза нашей страны – 15 т. Намечена рациональная связь между ходовыми частями (или, как говорят, создание рациональной кинематики ходовых частей). А создание механической стабилизации должно будет гасить всякие колебания кузова и не допустить отрыва вверх или схода поезда вбок с возрастанием скорости.
Мощная дизельная установка (540 л. с.) и легкий вес поезда (75 т) дадут возможность без переделки пути достигнуть скорости 200 км в час при безопасности движения.
источник: М. ФРИШМАН «Сверхскорые поезда» «Техника–молодежи» 09/1934, стр.30-33
