Развитие и совершенствование транспорта составляет одну из важнейших народнохозяйственных задач. Из общих транспортных проблем следует прежде всего рассматривать перспективы пассажирских перевозок. Отличительными особенностями пассажирских транспортных средств являются необходимость их приспособленности к быстрому передвижению, создание определенных удобств для пассажиров в пунктах посадки и высадки и в период движения.
Железнодорожным транспортом выполняется основной объем массовых регулярных перевозок пассажиров. И хотя его удельный вес в пассажирском сообщении снижается, количество перевозимых пассажиров постоянно возрастает.
Повышение скорости движения пассажирских поездов представляет одну из важнейших задач совершенствования пассажирских перевозок на железных дорогах. Максимально возможные скорости на железных дорогах традиционного типа составляют 300—350 км/ч, но для таких скоростей необходимы специальные линии. На практике такие скорости движения еще не достигнуты. Проведены лишь исследования и опытные поездки, свидетельствующие о технической возможности такого уровня скоростей движения для колеснорельсового транспорта. Максимальная скорость, с которой ходят пассажирские поезда на железных дорогах, составляет 250 км/ч. Высокоскоростные железнодорожные магистрали построены пока еще только в Японии. Они оказались эффективным средством решения весьма сложной и специфической для Японии транспортной проблемы. Во Франции намечено сооружение высокоскоростной железнодорожной магистрали между Парижем и Лионом для движения пассажирских поездов со скоростью 300 км/ч.
В некоторых странах высокоскоростное движение осуществляется на существующих линиях с совмещенным движением пассажирских и грузовых поездов. Пассажирские поезда на таких линиях обращаются с максимальной скоростью до 200 км/ч.
В Советском Союзе ведутся большие научно-исследовательские работы по созданию высокоскоростного железнодорожного транспорта, проводятся экспериментальные исследования на специальном полигоне и в эксплуатационных условиях, строится и испытывается высокоскоростной подвижной состав. В первую очередь готовится для высокоскоростного движения пассажирских поездов линия Москва—Ленинград. На ней будут обращаться экспрессы со скоростью до 200 км/ч. Исследуется также проблема создания специальных высокоскоростных линий для направления Москва—Юг.
Вопрос о создании наземного высокоскоростного транспорта имеет чрезвычайно важное значение. В настоящее время в Советском Союзе и других экономически развитых странах, где растут концентрация населения и его подвижность, ведутся работы по созданию высокоскоростных наземных транспортных средств, которые могли бы позволить, сохраняя преимущество рельсового транспорта (прежде всего регулярность движения, большую вместимость составов, массовость перевозок и меньшую по сравнению с воздушным транспортом себестоимость перевозок), перемещать пассажиров со скоростями до 500 км/ч.
За рубежом проблема высокоскоростного бесколесного направленного транспорта изучается уже более десяти лет. Первые годы большие надежды возлагались на систему подвеса на «воздушной подушке», использующей подъемную силу потока воздуха, подаваемого под днище экипажа высоконапорными вентиляторами. Наибольших масштабов исследования транспорта на «воздушной подушке» проведены во Франции, где построен опытный участок пути протяженностью 18 км и вагон с линейными двигателями, рассчитанный на достижение скорости более 400 км/ч. Исследования транспорта на воздушной подушке проводились также в ФРГ, США и Англии.
В результате длительных исследований и испытаний признано, что принцип «воздушной подушки» не перспективен. Исследования показали, что для поддержания «воздушной подушки» требуется большой расход энергии: непрерывная работа вентиляторов мощностью более 10 кВт на каждую тонну массы поезда. Отмечают также как существенный недостаток — шум мощных вентиляторов в вагоне и струй воздуха, вырывающегося из щели между днищем вагона и несущей плоскостью пути.
Сейчас исследования сосредоточены на магнитных системах подвеса. Электромагнитное подвешивание исследуется несколькими фирмами в ФРГ. Проведены стендовые испытания подъемных электромагнитов и систем автоматического регулирования воздушного зазора между магнитами и несущими рельсами; испытаны экспериментальные макетные вагоны с электромагнитным подвешиванием и линейными асинхронными двигателями на заводских полигонах, оборудованных участками пути протяженностью до 1 км. В этих испытаниях проверен принцип электромагнитного подвешивания. Однако, скорость движения еще низка — до 160 км/ч, и для повышения эффективности электромагнитного подвешивания при высоких скоростях (400— 500 км/ч) требуются дальнейшие исследования. В настоящее время группой фирм построен участок пути протяженностью 2,4 км для испытаний подвижного состава на электромагнитном подвешивании со скоростью до 250 км/ч.
Электродинамический подвес привлекает внимание тем, что при нем возможен значительный подъем подвижного состава над путем (до 100 мм и более), тогда как при электромагнитном подвесе зазор между полюсами электромагнитов и поверхностью направляющих рельсов составляет всего около 20—30 мм и требуется высокая точность пути и «жесткость» характеристик подвеса, которая достигается автоматическим регулированием силы подземных электромагнитов.
Осуществление электродинамического подвешивания связано с применением на подвижном составе сверхпроводящих электромагнитов и криогенной техники для поддержания сверхнизкой температуры обмоток возбуждения магнитов. Существенно сложнее и путевые устройства. На пути должны быть расположены или сплошные токопроводящие шины, или контурные катушки, с которыми взаимодействует магнитное поле сверхпроводниковых магнитов, создавая подъемную силу. Эта сила возникает только при определенной скорости движения, а поэтому подвижной состав с электродинамическим подвешиванием все же должен иметь колеса.
Всесоюзный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт электровозостроения и Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта приступили к организации работ по созданию высокоскоростного наземного транспорта на магнитном подвесе с линейным тяговым двигателем. Отдельные теоретические вопросы, связанные с созданием наземного скоростного транспорта, решаются в стенах старейших в стране высших технических учебных заведений, в частности в Киевском, Ленинградском политехнических институтах, Московском, Ленинградском и Ростовском институтах инженеров железнодорожного транспорта.
Пока еще трудно сказать, какие конструктивные решения будут использованы для нового вида наземного направленного высокоскоростного транспорта. Имеется много путей решения этой проблемы. Предстоит выбрать наиболее оптимальные габаритные размеры подвижного состава, длины вагонов, типа магнитного подвешивания и тягового двигателя, системы питания, устройств сигнализации, централизации и блокировки, установить наиболее приемлемые для массового сооружения и дальнейшей эксплуатации конструкции пути. Если для существующих железных дорог многое уже предопределено — установлены ширина и высота вагонов, расстояние между рельсами пути, решены вопросы передачи электроэнергии от стационарных тяговых подстанций к подвижному составу и многое другое, то для нового типа транспорта тщательной проработки и глубоких обоснований этих параметров пока нет.
При выборе типа магнитного подвеса (а сейчас известно три основных направления — подвес на электромагнитах с автоматическим поддержанием заданных воздушных зазоров, подвес электродинамический, при котором желательно использовать проводники с низкими температурами, и подвес на постоянных магнитах) уже на первых шагах решения проблемы необходимо остановиться на наиболее экономичном и прогрессивном варианте. Не простым является и вопрос выбора типа линейного двигателя. Здесь важно не только, какой применить двигатель — синхронный или асинхронный, но и то, как осуществить питание обмоток двигателей и систему автоведения поездов.
Для нового вида скоростного наземного транспорта путь намечено выполнить на эстакаде. Такое решение, с одной стороны, в какой-то степени вынужденное, с другой — оно даст ряд преимуществ по сравнению с традиционной конструкцией пути на земляном полотне. Во-первых, высокоскоростные поезда движутся по изолированному пути. При этом появляется возможность наиболее полного решения вопросов автоведения поездов и связанного с этим осуществления наиболее рационального распределения силового оборудования между подвижным составом и стационарными устройствами. В этом случае резко сокращается площадь отчуждаемой земли под дорогу.
Кроме того, при эстакадном варианте возможно использовать конструкции пути для размещения контактных проводов, кабелей связи и устройств автоведения поездов. Большим преимуществом эстакадных дорог является также практически полное исключение влияния снежных заносов на работу высокоскоростных линий. Что же касается обледенений, то этот вопрос при наличии электроэнергии решается достаточно просто — пропуском токов по металлическим шинам пути.
Проведенные Всесоюзным научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта работы по сравнительной оценке стоимости сооружения обычного рельсового пути на земляном полотне и на эстакадах показали, что эти стоимости близки между собой. В то же время эксплуатационные расходы на содержание эстакадных линий составляют примерно 40% от расходов на содержание обычных железнодорожных линий. Если же учесть, что при экипажах на магнитном подвесе не будет механических износов пути и связанных с присущей колесному подвижному составу динамических воздействий на верхнее строение, вызывающее его расстройство, можно ожидать еще более значимую разницу между расходами на содержание и ремонт пути при обычных железных дорогах и эстакадном высокоскоростном транспорте.
К числу сложных проблем, которые до сих пор не имеют удовлетворительного решения, требуют изобретательского поиска и глубоких исследований, следует отнести проблему токоподвода. В отличие от современных электрифицированных железных дорог, на которых электровозы и электропоезда получают питание от контактного провода и в качестве обратного провода используются рельсы, для бесколесного транспорта потребуется двух- или даже трехпроводная питающая сеть, осуществить токосъем с которой существенно сложнее. Задача осложняется большой мощностью, которая потребуется для движения поезда со скоростями 400—500 км/ч. На каждый вагон потребуется мощность не менее 1000—1500 кВт, соответственно мощность сравнительно небольшого десятивагонного поезда будет достигать 10—15 тыс. кВт. Но задача особенно осложняется тяжелыми условиями взаимодействия токоприемников с контактной сетью при столь высокой скорости движения.
Повышение скорости движения пассажирских поездов — это только одна из проблем, стоящая перед железнодорожным транспортом. При проведении научноисследовательских и опытно-конструкторских работ, разработке и внедрении новой техники необходимо сосредоточить внимание на следующих основных направлениях научно-технического прогресса:
повышении уровня организации перевозочного процесса и прежде всего за счет разработки и реализации оптимальных графиков движения и планов формирования поездов, рационализации вагонопотоков, ускорении оборота грузовых вагонов, увеличении скорости и веса поездов и улучшения других количественных и качественных показателей работы железных дорог;
интенсификации использования технических средств, внедрении прогрессивных, особенно непрерывных, технологических процессов; ускорении разработки и внедрении новых технологических систем, основанных на использовании электроники, микропроцессов и других новейших технических средств;
широком внедрении научной организации труда, производства и управления с использованием современных средств организационной и вычислительной техники; более эффективном применении экономико-математических методов, высокопроизводительных средств вычислительной техники и устройств сбора и передачи информации для целей организации планирования и управления перевозочным процессом;
дальнейшем совершенствовании технических средств; железнодорожного транспорта — локомотивов, вагонов, пути, устройств электрификации и энергетики, автоматики и телемеханики, улучшения организации их текущего обслуживания и ремонта, обеспечивании высокой эксплуатационной надежности всей железнодорожной техники;
повышении уровня комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ при ремонте локомотивов, вагонов и пути;
широком внедрении методов технической диагностики и прогнозирования ресурса при техническом обслуживании и ремонте технических средств транспорта;
освоении новых, наиболее экономичных материалов, в том числе полимерных, и особо чистых; разработке и внедрении в производство новейших методов упрочнения деталей и узлов подвижного состава;
создании систем машин для комплексной механизации и автоматизации производственных процессов во всех отраслях транспорта; увеличении единичной мощности основных технологических агрегатов и машин с учетом их экономичности; обеспечении высоких темпов; внедрения автоматического оборудования с программным числовым управлением;
повышении уровня электрификации производственных процессов и эффективности использования энергии;
рациональной концентрации производства теплоносителей для технологических и отопительных нужд, укрупнения ремонтных мастерских, лабораторий измерительной техники, котельных и электросиловых установок;
повышения безопасности движения;
ускорения темпов роста производительности труда, снижения себестоимости перевозок и увеличении фондоотдачи.
Для решения весьма сложных задач по руководству железнодорожным хозяйством и особенно всем транспортным процессом будет создана автоматизированная система управления железнодорожным транспортом (АСУЖТ), которая будет сопряжена с общегосударственной автоматизированной системой управления.
Система представляет собой совокупность административных и экономико-математических методов, средств вычислительной техники и техники передачи данных, с помощью которых можно оптимально управлять транспортным процессом. АСУЖТ будет состоять из функциональных подсистем, объединенных одной информационной пирамидой по отдельным ступеням управления от станций, депо, дистанций до МПС. По видам АСУЖТ подразделяется на управление технологическим процессом, оперативное управление перевозочным процессом и основное экономическое управление.
Основной целью создания АСУЖТ является достижение такого уровня, когда весь процесс управления транспортом будет основан на данных, обработанных ЭВМ, а управляющие будут располагать необходимым количеством вариантных решений в оптимальном режиме. Система должна обеспечить необходимой информационной связью как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Эффективность принятия решения, в конечном счете управления, повысится в 2—3 раза.
Системы управления технологическими процессами должны будут создаваться на базе высоконадежных средств автоматики, а системы автоблокировки и электрической централизации — с централизованным размещением аппаратуры на новой электронной базе с широким использованием интегральных схем и микропроцессов, применением частотных сигналов и кодовой централизации, использованием для контроля свободности пути, и прежде всего стрелочных секций, счетчиков осей, с указанием на пульте диспетчера номера поезда и времени движения.
Железные дороги получат более современную дорожную систему диспетчерской централизации, позволяющую управлять движением поездов с одного пункта полигоном сети до 2 тыс. км. Войдут в строй новые АСУ сортировочной горкой, позволяющие производить безопасный роспуск с высокими скоростями с применением высокоэффективных электродинамических замедлителей, механических толкателей для осаживания вагонов на путях сортировочного парка и других средств автоматизации. Будет создана и внедрена автоматическая система считывания информации с подвижного состава. Управление такими системами должно осуществляться с помощью ЭВМ.
Решающий вклад в решение транспортных проблем будущего должны внести координация и интеграция отдельных систем транспортных средств, а также согласование между собой оптимальных планов развития народного хозяйства, в том числе транспорта, промышленности и сельского хозяйства.
Задача состоит в том, чтобы создать такую единую- транспортную сеть, которая дала бы человеку возможность в течение всего нескольких часов и без больших потерь времени на пересадки попасть в любую точку страны, чтобы необходимые изделия и сырье были получены точно в установленные сроки, без потерь и непосредственно в цех, магазин, на производство и к потребителю.
* * *
За 60 знаменательных лет советские железнодорожники прошли славный путь, из года в год повышая темпы перевозок, развивая железные дороги. Внедрение новой техники на транспорте позволило только за последнее двадцатилетие увеличить производительность труда в 3 раза, снизить себестоимость перевозок на 29%. Это равноценно высвобождению более 4 млн. рабочих, инженерно-технических работников и служащих и экономии более 80 млрд. руб. эксплуатационных расходов.
Большие задачи поставлены перед железнодорожниками в десятой пятилетке. Дело нашей чести — выполнить их образцово, обеспечить полное и эффективное удовлетворение населения и народного хозяйства в перевозках.
Игорь Владимирович Харланович
НОВАЯ ТЕХНИКА НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ