Поезд будущего: силен, как лев, икроток, как овечка
Вот он, транспорт будущего. Управляется компьютерами, переносит по особым автострадам десятки млн кг разнообразных грузов, его положение отслеживается навигационными спутниками, а в перемещение его приводят новые замечательные двигатели. Новые высокотехнологичные транспортные совокупности минимизируют потребление энергии, а грязи в воздух выбрасывают меньше, чем все существовавшие до этого виды механического транспорта.
на данный момент, в то время, когда дороги запружены машинами, а запасы горючего подходят к концу, это технологическое чудо представляется более чем своевременным. Старомодная техника, знакомая нам уже 200 лет, опять выходит на позиции «транспорта будущего».
Когда-то сеть железных дорог предопределила пути развития США, но к 70-м годам ХХ века уже не оставалось сомнений в том, что ЖД транспорт обречен на постепенное вырождение. И внезапно эта отрасль опять предстала перед нами как направление выдающегося технического прогресса. «Модернизация железных дорог дошла до той степени, которую людям тяжело понять», — говорит Гэри Вулф, обладатель компании Rail Sciences, ведущей компании, занимающейся расследованием происшествий на железной дороге. Именно на железных дорогах было в первый раз внедрено компьютерное управление грузопотоками, как раз тут совершен основной прорыв практически за границы вероятного в плане применяемых мощностей, экономичности и по большому счету инженерной изобретательности — и все для доставки грузов с минимальными издержками и максимальной скоростью.
на данный момент по 224 тысячам километров американских ЖД дорог перевозится приблизительно 42% всех грузов, а это образовывает 8 миллиардов тонно-километров в сутки. В течение трех последних лет по количествам перевозок железная дорога многократно била собственные же рекорды, и основной обстоятельством столь бурного восстановления стал тот факт, что для перевозки грузов по железной дороге требуется в три раза меньше горючего, чем для его доставки посредством грузовиков.
В ближайщее время ожидаются еще более радикальные трансформации — в основном в сфере энергосбережения. Тут железные дороги уже победили всех вероятных соперников.
На протяжении по «зеленой линии»
С превеликим грохотом локомотив Evolution собирают из множества отдельных подробностей на конвейере завода компании General Electric
в Эри, штат Пенсильвания. Тут, под единой крышей, накрывающей цех площадью 400 000 м?, копошатся много электриков, сварщиков, слесарей, а между ними шныряют менеджеры в броских шлемах с блокнотами в руках. Шипят и тарахтят пневматические инструменты.
Вот мостовой кран подхватывает недособранный локомотив и переворачивает его — 200 тысячь киллограм стали — так, словно бы это безлюдная консервная банка. на данный момент бригада электриков опутает агрегаты ходовой части паутиной разнообразных электронных датчиков, и кран опустит железяку шириной 25 и длиной 5 метров на цеховой пол.
Evolution — это не просто локомотив, а скоростная, технически продвинутая машина, удовлетворяющая только что принятым требованиям EPA (Environmental Protection Agency, Агентство по охране внешней среды). На ней установлена новая совокупность управления, новый 12-цилиндровый дизельный двигатель (по мощности он не уступает собственному 16-цилиндровому предшественнику) и первая в собственном роде совокупность воздушного охлаждения, которая разрешает двигателю трудиться с более чистым выбросом. Если сравнивать с прошлыми голиафами железных дорог данный локомотив сожрет за собственную жизнь практически на тысячу тысячь киллограм солярки меньше.
Локомотивы Evolution друг за другом сходят со стапелей, а инженеры компании General Electric тем временем лихорадочно трудятся над прототипом еще более продвинутой автомобили — высокомощного гибрида, что, как и автомобиль с гибридной энергоустановкой, будет восполнять энергию, в большинстве случаев теряемую при торможении. По сути, все американские товарные локомотивы и без того являются в некоем смысле гибридами — их дизельные двигатели приводят в перемещение генераторы переменного тока, а уж от них ток идет к тяговым электродвигателям.
Помимо этого, пневматическим тормозам на локомотиве оказывает помощь динамическое торможение, так что поезд замедляет движение, частично преобразуя энергию колес в электрический ток. В большинстве случаев эта часть электричества теряется впустую, а вот в гибридном локомотиве ее удастся сохранить и применять повторно. Дело за маленьким — инженерам осталось придумать, как обуздать электрические токи, непосильные для любых простых батарей.
В аккумуляторная батареях локомотива должно накапливаться до 1500 киловатт-часов (для того чтобы запаса хватило бы для дневного энергообеспечения 50 средних домов).
Игра стоит свеч — в случае если инженеры победят, они победят 2000 дополнительных лошадиных сил. Предполагается, что на этом пути удастся достигнуть 15% радикального очищения и экономии горючего выброса кроме того в сравнении с уровнем современного локомотива Evolution. «В случае если отечественные гибриды поднимутся на замену всем локомотивам Соединенных Штатов, вы получите годовую экономию в полмиллиарда долларов лишь на одном горючем», — говорит начальник проекта по гибридным локомотивам Гэган Суд.
Не нужно считать проектируемый локомотив первой и единственной гибридной моделью. В 2002 году канадская компания RailPower Industries выпустила довольно маломощную машину Green Goat («Зеленый козел») для применения в качестве маневрового локомотива на сортировочных станциях. Эта дерганая работа, в то время, когда двигатель часами крутится на холостых оборотах, для большинства локомотивов неизбежно ведет к выбросу туч оксидов азота, отравляющего воздух и вызывающего кислотные дожди.
85% собственной энергии Green Goat приобретает от батареи емкостью 1200 ампер-часов, которая складывается из 336 двухвольтовых элементов. Выбросы в воздух азотистых соединений от этого локомотива в 5−10 раз меньше, чем загрязнения от его чисто дизельных аналогов. на данный момент эта новинка уже обширно употребляется по всей Америке.
Долгие поезда
Ежедневно пять либо шесть судов, через чур большие для проводки через Панамский канал, бросают якорь в портах Лос-Анджелес и Лонг-Бич, штат Калифорния. Каждое судно доверху забито товарами из Азии — плюшевыми медвежатами и чайными пакетиками, лопатами и носками. Все это добро хорошо упаковано в 6000 контейнеров, и портовые краны чуть справляются со своей работой.
Большинство этих «контейнеров для смешанной перевозки» покидает район порта по железной дороге и будет трястись в собственных поездах от океана до океана — через целый материк. Этот грузопоток преобразует всю американскую ЖД индустрию. Его количества непрерывно растут — безотносительный рекорд по суммарным недельным грузоперевозкам был в 2005 году побит и заново установлен пара раз.
Каждые перебои в этом потоке выясняются катастрофичны, так 10-дневный локаут в 2002 году в портах западной части береговой полосы стал причиной тому, что более 200 судов замерло на рейдах в ожидании разгрузки.
Для железных дорог самое милое дело — стабильные перевозки одного и того же груза в одинаковые точки, например, доставка угля либо зерна из мест, где его добывают либо выращивают, поближе к электростанции либо к порту. Только два года назад более прибыльными стали смешанные перевозки. Рост транспортных потоков свидетельствует, что железные дороги должны прокачивать большее количество грузов через и без того самые загруженные коридоры материка.
К сожалению, строительство новых магистралей обойдется приблизительно в полмиллиона долларов за километр, да и не везде это по большому счету вероятно.
«Перевозки грузов — как электроэнергетика, — говорит Роб Хоффман, аналитик по вопросам транспорта корпорации World Business Chicago, — их возможно не подмечать, пока они не начнут создавать неудобства. Маленький перебой на транспорте, и вы сходу заметите, как опустеет ваш супермаркет». Самый несложный метод расширить пропускную свойство — загружать больше товаров на любой поезд.
Сегодняшние двухкилометровые поезда с двухъярусной загрузкой тащат на себе столько груза, сколько раньше железнодорожникам и не снилось. Но и этого не хватает. Дабы и дальше повышать пропускную свойство железных дорог, нужна не столько сила, сколько мозги.
Цифровое управление грузопотоками
По железным дорогам мчатся эшелоны с углем, составы универсальных контейнеров, «сквозные» товарные поезда, тормозящие чуть ли не у каждого столба, и большое количество, большое количество всего другого — в транспортной совокупности каждой из больших ЖД компаний в один момент находится в пути тысячи по две поездов. Диспетчеры управляются со всем этим хозяйством, привычно надеясь на двустороннюю связь, ведра крепкого кофе и крутой замес из дистанционных датчиков, специальных компьютерных программ и обгрызенных карандашей.
Они должны непрерывно корректировать их маршруты и скорость поездов, исходя из нескончаемого множества неизменно изменяющихся условий, включая состояние дорог, специфику эксплуатации каждого поезда, погоду, задержки и приоритеты грузов на перекрестках. Задача осложняется еще и тем фактом, что до 40% товарных дорог в Соединенных Штатах до сих пор остаются «чёрными», другими словами не обеспеченными сигнализацией. Дабы покинуть хоть какой-то резерв под исправление неточностей, диспетчеры должны по возможности раздвигать дистанции между поездами и снижать их скорость.
«Один из дорог для увеличения пропускной свойстве мы видим в оптимизации всей совокупности ЖД трафика», — говорит Прэт Кумар из отдела General Electric Rail Solutions, инкубатора новых технологических идей. В противном случае говоря, необходимо добиться, дабы по тем же дорогам имело возможность двигаться больше поездов с более высокими скоростями.
В данной компании (как, но, и у нескольких соперников) на данный момент деятельно разрабатывают компьютеризованную совокупность «планирования перевозок», которая имела возможность в автоматическом режиме делать «узкую подстройку» расписаний. Это сняло бы с плеч ЖД диспетчеров изрядную часть бремени, связанную с принятием ответов.
Совокупность General Electric, которую на данный момент испытывает в Джорджии ЖД компания Norfolk Southern, может непрерывно прогнозировать будущую обстановку на 8 часов вперед, уточняя собственные замыслы каждые 5 мин.. Многие пристрастно следят за этим опытом, поскольку подобные системы оказались и раньше, но, если доверять администрации вторых железных дорог, ни одна из них не смогла удачно отслеживать непрерывно изменяющуюся обстановку, снабжая безопасность и должную надёжность.
Еще одна совокупность для применения в данной области, «уверенное управление поездом» (PTC, Positive Train Control), распределяет поток информации между диспетчерами и поездными бригадами. На большинстве линий машинисты до сих пор пользуются голосовой связью, запрашивая у диспетчеров «добро» на отправление поезда, и больше склонны верить собственным глазам, видя в первых рядах опасность, будь это кинутая на дорогах тележка из магазина либо заглохшая машина.
РТС снабжает мгновенное обновление информации по перемещению на дорогах, предостережения о поломках оповещения и рельс об ожидаемых в первых рядах дорожных символах. Эта совокупность может кроме того самостоятельно остановить поезд, в случае если поездная бригада потеряла дееспособность либо по большому счету провалилась сквозь землю. (Бывает и такое. В 2001 году сотрудник компании CSX Джон Хосфельд на ходу запрыгнул на оставшийся без управления товарный поезд и сумел его остановить. Перед этим поезд, везущий ядовитые химические вещества, мчался два часа по пустынным просторам северо-западного Огайо — и все по причине того, что инженер, вылезая из локомотива, нечаянно зацепил рычаг акселератора и разрешил войти эшелон на полный движение.)
на данный момент по всему метро Нью-Йорка компания Siemens устанавливает комбинацию из совокупности РТС, планировщика перемещения, автоматизированной системы и центра управления безопасности. Собственный личный вариант совокупности РТС компания General Electric обкатывает с 2002 года на стокилометровом участке линии Amtrak на Среднем Западе.
Но, совокупность РТС оказывается дешевле классической сигнальной структуры, только в то время, когда железная дорога строится с нуля, а при реконструкции уже существующих дорог обещаются большие издержки. Согласно данным Ассоциации американских железных дорог, реконструкция дорог в национальном масштабе выльется в затраты от 2 до 10 млрд. долларов. Совокупности планирования перемещения также выясняются недешевыми, но такие производители, как General Electric, утверждают, что модернизация обязана весьма скоро окупиться. «Мы предвещаем, что программы планирования перемещения разрешат расширить среднюю скорость перевозок на 3−7 км/ч, быстро повысив пропускную свойство дорог, — говорит Кумар. — Применительно к громадным ЖД компаниям два км/ч означают триста миллионов долларов в год».
Наблюдение из космоса
Чтобы имела возможность функционировать каждая диспетчерская совокупность, кто-то в центре управления обязан знать, где же находятся сами поезда. С 1995 года для всех товарных вагонов обязательно были введены метки автоматической идентификации оборудования (AEI). В то время, когда вагон проходит мимо одного из тысяч датчиков, расположенных на протяжении большей части основных американских магистралей, его расположение передается на соответствующий компьютер слежения. (Дополнительные устройства, расположенные рядом с рельсами, попутно выискивают недостатки на колесах, «всматриваются» и «вслушиваются» в другие симптомы вероятных механических неполадок в проходящих мимо вагонах.)
Совокупность РТС испытывает недостаток в постоянном и более правильном отслеживании расположения каждого поезда, а для этого категорически нужна развернутая версия совокупности GPS. Если вы не сможете совершенно верно сообщить, где находится ваш поезд, на каком пути и в каком направлении он движется, — ожидайте верной трагедии.
Железнодорожники делают ставку на дифференциальные совокупности GPS — в них не считая простого комплекта спутников употребляются кроме этого наземные станции. Такая структура способна обеспечить точность в пределах сантиметров.
В середине 2005 года компания Alaska Railroad оборудовала совокупностями GPS целый собственный парк, складывающийся из 62 локомотивов. Учитывая специфику этого штата, где из-за грандиозных расстояний полная электрификация железных дорог фактически неосуществима, спутниковую навигацию можно считать самый эффективным методом «высветить» бескрайние «чёрные территории», ни на 60 секунд не теряя из виду все движущиеся по Аляске эшелоны.
Уже и по сей день по всей стране движется множество спецвагонов, оборудованных приемниками GPS. Так обладатели смогут смотреть за перемещениями собственных грузов — очень страшных (к примеру, ядовитых) либо скоропортящихся, транспортируемых в вагонах-рефрижераторах. Помимо этого, компания Lat-Lon предлагает на рынке блоки RailRider.
Эти аппараты, снабженные солнечными батареями и GPS-приемниками, смогут смотреть за температурой груза, вибрациями и ускорениями, внутренним давлением, температурой подшипников и многим вторым. В случае если аппарат подмечает некое «событие», он отсылает в соответствующий параметры и координаты диспетчерский центр вагона, позвавшие у него тревогу. на данный момент аппараты компании Lat-Lon держат под контролем 2400 вагонов-рефрижераторов, и большое количество ЖД цистерн, оборудованных датчиками для контроля за утечкой страшных химикатов, таких, к примеру, как газообразный хлор.
Тормозной путь
10-го июня 2005 года где-то около двух часов дня направлявшийся в Сиэтл поезд компании Amtrak нормально проходил мимо города Келсо, штат Вашингтон. Внезапно машинист быстро встал со собственного сиденья — какой-то грузовик с газовыми баллонами в кузове припарковался так близко к дорогам, что сходу стало очевидным — проскочить не удастся. Машинист врубил тормоза, но при скорости поезда 90 км/ч столкновение было неизбежным.
Поезд врезался в стоящий без водителя грузовик, машину охватило пламя. К счастью, не было жертв, не считая одного пассажира, что отделался легкими ушибами.
«Если вы заметили препятствие, столкновения уже не избежать, — говорит Брайан Маклафлин из компании New York Air Brake, ведущего производителя тормозов в стране. — Включая тормоза, вы только облегчите работу спасателям, каковые приедут разгребать завалы».
В случае если мы желаем радикально расширить количество поездов, ездящих по отечественным железным дорогам, придется действительно пересмотреть подобные неприятности, в частности обучиться лучше тормозить. Сейчас воздушные тормоза зависят от долгого шланга-магистрали, через что «заряжаются» воздухом тормоза в каждом вагоне движущегося состава. Для торможения машинист в локомотиве начинает производить из магистрали воздушное пространство.
Скачок давления движется назад, от вагона к вагону, и в каждой каретке последовательно раскрываются клапаны и срабатывают тормозные колодки. Целый процесс в каждом вагоне занимает приблизительно одну секунду, а ведь в некоторых поездах насчитывается до 150 вагонов.
Компания New York Air Brakes, как и другие, предлагает пневматические тормоза с электронным управлением (ЕСР). В них поменяна роль основной пневматической тормозной магистрали. Эта магистраль все так же употребляется для «зарядки» тормозных цилиндров, но клапаны сейчас срабатывают от электронного управления, и сигнал на них передается через несколько проводов.
Сейчас, в то время, когда машинист может сжать все тормозные колодки в один момент, тормозной пробег радикально значительно уменьшается — в некоторых случаях практически на 70 процентов.
К сожалению, массовое применение тормозной совокупности ЕСР влечет за собой значительные трудности. В случае если уж применять ЕСР, то данной совокупностью должен быть оборудован и локомотив, и все вагоны без исключения. В случае если хотя бы на одном из вагонов не окажется этого оборудования, цепь окажется разомкнутой и все вагоны дальше от него к хвосту поезда по большому счету не смогут тормозить. Возможно, само собой разумеется, придумывать всякие обводные схемы, но это не решение проблемы.
Потому, что вагоны перекидываются с поезда на поезд самым произвольным порядком, все ЖД компании США должны будут модернизировать собственные вагоны в один момент, а ведь вагонный парк страны насчитывает полтора миллиона единиц. Исходя из этого на сегодня совокупность ЕСР в повседневной работе применяют лишь горнодобывающие компании Quebec Cartier Mining в Канаде и Spoornet в Южной Африке. Для них вопрос решается несложнее, потому, что их составы укомплектованы раз и окончательно, вагоны в них не заменяются и ходят они изо дня в сутки по одним и тем же маршрутам.
За спиной у машиниста
В случае если ЖД дело переживает на данный момент эру столь бурной модернизации, то что мешает создать всецело автоматизированные поезда? В итоге, имеется так как уже и самолеты, талантливые без помощи пилота и взлетать, и садиться. В действительности локомотивы с дистанционным управлением (RCL) уже выстроены и удачно трудятся — составляют поезда на сортировочных станциях.
Работа эта страшная — раньше рабочие-сортировщики всегда связывались по радио с машинистом, все были на нервах, того и смотри кого-нибудь задавит из-за несложного сбоя в связи. А при новой совокупности рабочие-сортировщики сами гоняют собственный локомотив, пользуясь пультом дистанционного управления.
Федеральное управление железных дорог начало выдавать разрешения на дистанционное управление поездами и на некоторых участках открытых дорог, действительно, при условии исполнения определенных строгих правил. Но о повсеместном распространении таковой практики речи, само собой разумеется, нет — через чур много по всей стране пересечений железных дорог с шоссейными и «чёрных» областей, не обеспеченных сигнализацией.
Так оно, возможно, и лучше. В возможности на американских железных дорогах будет все теснее и теснее, все более замечательные локомотивы на немыслимых скоростях поведут за собой невообразимо долгие составы. Новое поколение поездов должно удачно удовлетворять запросы в условиях растущего энергетического недостатка.
Наряду с этим мы, конечно же, не обойдемся без изощренной новейшей техники, но согласитесь, что жить будет спокойнее, зная, что у рычагов управления так же, как и прежде остается разумный и важный человек.
Отправимся поездом будущего
Громадная скорость передачи данных
В случае если нам необходимо перевозить по железным дорогам больше грузов, не жертвуя наряду с этим безопасностью, жизненно нужным делается своевременное получение информации. В совокупности РТС локомотивы отслеживают посредством дифференциальных приемников GPS, каковые в собственной информации основываются как на сигналах со спутников, так и на излучении наземных станций.
Эти пересылаются в основной центр управления, где диспетчеры смотрят за такими факторами, как состояние дорог, предельные сроки и погода прибытия. При помощи радиоволн инструкции и информация передаются на любой локомотив.
Чистые двигатели
Изображенный на данной картине дизель-электрический локомотив SD70ACe мощностью 4300 лошадиных сил и весом больше 200 тысячь киллограм соответствует новым требованиям ЕРА к составу выхлопных газов. Компании Electro-Motive и General Electric создают солидную часть локомотивов, трудящихся на просторах Северной Америки.
Больше грузов
Все больше грузов прибывает в порты уже упакованными в стандартные универсальные контейнеры длиной 6, 12 и 13,5 м. Значительно чаще их грузят на платформы в два яруса. Сочлененные вагоны (на иллюстрации не продемонстрированы) с шарниром посередине имеют длину больше стандартной и вмещают больше груза. Средняя загрузка вагона выросла со 100 до 112 т.
Более надёжные вагоны
Очень страшные товары, к примеру хлор, перевозят в цистернах с особенными, намерено подстрахованными сцепками, каковые ограничивают вертикальные смещения. Такая сцепка не имеет возможности случайно разорваться и пробить стенку цистерны. Согласованные с GPS датчики смогут предотвратить диспетчеров об прочих неприятностях и утечках. (На картине цистерна помещена сходу за локомотивом — в настоящей практике ее принято цеплять не ближе, чем через 5 вагонов.)
Умные тормоза
В отличие от классической конструкции, электронно-управляемые пневматические тормоза (ЕСР) разрешают машинисту тормозить сходу всеми колесами эшелона. Электронный сигнал отсылается по всем вагонам, воздушное пространство под давлением подается в цилиндры, каковые приводят в воздействие тормоза. Совокупность питается воздухом от основной тормозной магистрали поезда.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№40, февраль 2006).
<
h4>