MAŠINSKI FAKULTET UNIVERZITETA U NIŠU PROFIL:
MAŠINSKE KONSTRUKCIJE, RAZVOJ I INŽENJERING SAOBRAĆAJNO MAŠINSTVO, TRANSPORT I LOGISTIKA
PREDMET:
ŠINSKA VOZILA
VOZOVI VELIKIH BRZINA Najveću železničku brzinu sa putnicima postigao je eksperimentalni japanski voz Maglev MLX01 , na principu magnetne levitacije, na ispitnoj pruzi Jamanaši (Japan), dugoj 18 km. Taj Taj voz je 2. decembra 2003. godine dostigao brzinu od 581 km/h. Najveća brzina ikada izmerena na konvencionalnim železnicama iznosi 574.8 km/h ko ju je postavio Francuski TGV voz velikih brzina sa dve vučne jedinice i tri vagona 3. aprila 2007 na relaciji Pariz - Strazbur. Ipak kada prevoze putnike ovi vozovi se kreću prosečnim prosečnim brzinama od 250 km/h, a najviše najviše 300 – 320 km/h, iz razloga bezbednosti. Vozovi sa magnetnom levitacijom spadaju u kategoriju vozova velikih brzina, ali ne mogu da idu na konvencionalnom konvencionalnom koloseku, što ih izdvaja u posebnu kategoriju. Vozovi velikih brzina na konvencionalnim prugama prugama
UIC (International Union of Railways) definiš e vozove velikih brzina kao vozila koja trče na/iznad brzine od 250 km/h na novom koloseku ili 200 km/h na postojećoj pruzi. Opšte karakteristike infrastrukture za pruge velikih brzina su: Skoro obavezno su trase sa električnom vučom (ali ima i primera dizel vuče kao što je
Britanska HST linija);
Obavezna je primena dugog šinskog traka (zavarenih šina) čime se minimizira geometrijsko odstupanje (razilaženje) između segmenata pruge i smanjuju vibracije šina; Radijus krivina je na jčešće preko preko 5000 m.
Evropska Unija planira izgradnju železničke infrastrukture za vozove velikih brzina jer se očekuje da će se železnički putnički saobraćaj u narednih 20 godina povećati za 60%. Na svetskom kongresu železničkog razvoja u Edinburgu u Škotskoj 2003. godine dat je plan izgradnje pruga za vozove velikih brzina pod nazivom HTE (High speed Train Europe). U tri vremenske etape je data
mapa centralne i severne Evrope sa postojećom pružnom infrastrukturom iz 2002. godine i izgradnjom nove. Izgradnja nove pružne infrastrukture u dužini od 10 000 km i n adogradnja postojeće, od 2010 - 2020. godine, će omogućiti povezivanje svih većih evropskih gradova i značajno brže putovanje železnicom. U sledećih 10 godina planirane su sledeće linije : 1- Amsterdam – Brisel Brisel – Pariz Pariz 2- Franfurkt – Keln Keln – Amsterdam Amsterdam 3- Pariz – Strazbur Strazbur – Štutgart Minhen – Štutgart – Minhen 4- Južna francuska – Luka Luka Bou – Barselona Barselona – Madrid Madrid 5- Brenner – Basis Basis – Tunel Tunel : Austrija sa vezom Minhen – Verona Verona / Venecija / Milano 6- Lyon – Turin Turin – Milan Milan 7- Frankfurt – Strazbur Strazbur – Lion Lion – Južna – Južna francuska
2
Izgled budućih linija brzih pru ga u Evropi
Cilj izgradnje ovih pruga jeste da železnica, kao nezavistan sistem, bude konkurent avio prevozu na relacijama do 1000 km. Vozovima velikih brzina će se skratiti vreme putovanja na relacijama između svih većih evropskih gradova. Prikaz na sledećoj slici pokazuje vreme trajanja putovanja na nekim evropskim linijama danas, sa palniranim skraćenjem u narednih 10 godina.
Vremena putovanja između gradova i planirano skraćenje u narednih 1 0 godina Magnetno – lebdeći i konvencionalni vozovi
Princip kretanja magnetnog voza značajno se razlikuje od kretanja klasičnog električnog voza. . On radi na principu magnetne levitacije i kreće se po šini lebdeći iznad nje bez međusobnog dodira.
Pokreće ga linearni sinhroni motor sa dugim statorom koji je ugrađen na pruzi i koji se posredstvom električne energije aktivira stvarajući magnetno polje . Pokretanje magnetnog voza mora biti ostvareno bez mehaničkog dodira vozila sa podlogom.
Linearni električni motor sa statorom razvijenim po površini i klasičan pogon u kontaktu točak - šina
3
Kretanje kod električnih vozova koji poseduju osovinske sklopove ostvaruje se u neposrednom dodiru točka i šine gde voz celom svojom težinom preko točkova pritiska šinu , a od pogonskog obrtnog momenta javlja se sila athezije na dodiru točak -šina koja omogućuje kotrljanje točka po šini, odnosno kretanje voza. Što se tiče bezbednosti može se reći da magnetno -lebdeći voz nema mogućnosti iskliznuća iz šina zbog svoje konstrukcije i načina ostvarivanja kretanja. Kod električnih vozova zbog same konstrukcije trčećeg sklopa i ostvarivanja kretanja može se desiti da voz isklizne iz šina. Kretanje magnetno-lebdećeg voza može se vršiti iz upravljačkog centra , dok je za kretanje električnog brzog voza potreban mašinovođa koji će upravljati vozom izvršavajući komande dobijene iz upravljačkog centra i kontrolisati njegovo kretanje i zaustavljanje. Kod magnetno - lebdećeg voza, kao i kod električnog voza velikih brzina, gde su brzine i preko 500 km/h, su veoma razvijeni sistemi za praćenje kretanja i sistemi za bezbednost tako da su mogućnosti za eventualne greške praktično isključene. Da bi se uočile prednosti i nedostaci različitih vozova izvršiće se poređenje dva tipa vozova velikih brzina: 1- Magnetni voz Transrapid 2- Električni brzi voz (ICE 3) Magnetni voz Transrapid je voz koji radi na principu magnetne levitacije. Ovaj voz se kreće brzinom preko 500 km/h, nije neophodan vozač u upravljačkom sistemu i po bezbednosti je na prvom mestu. Što se tiče buke i vibracija i tu je veom a dobar jer jedina buka i vibracije su otpori vazduha koji se javljaju pri njegovom kretanju. Siemens je jedna od vodećih firmi u svetu po ispitivanju i primeni magnetnih vozova. Oni su realizovali sistem magnetno-lebdeće linije u komercijalnoj upotrebi u Kini u Šangaju. Transrapid linija prevozi putnike od železničke stanice sa jednog dela grada do aerodroma na drugi kraj grada na razdaljini od 30 km.
Transrapid magnetni voz i ICE 3 u Nemačkoj
Električni voz velikih brzina ICE 3 je voz visokih perform ansi koji je pored Francuskog TGV-a jedan od najpopularnijih vozova u Evropi. Napravljen je u kompaniji Siemens i karakteriše ga dobra aerodinamičnost. Kretanje ostvaruje na tradicionalan način (kretanjem točka po šini) preko električnih motora naizmeničn e struje koji se napajaju iz električnog voda. Mnoge linije daljinskog saobraćaja u Nemačkoj su pokrivene ICE 3 vozovima, kao i delovi Austrije i Švajcarske koji se graniče sa Nemačkom. Maksimalna brzina ovog voza je 330 km/h . Relaciju od Kelna do Frankfurta, dugu 220 km, prelazi za nešto manje od 1h. Poređenje konstrukcije i napajanja magnetno-lebdećeg i električnog sistema kretanja i upravljanja vozova prikazano je na sledećoj slici.
4
Poređenje konstrukcije i napajanja magnetno-lebdećeg i klasičnog električnog voza
Električna energija za kretanje magnetno-lebdećeg voza dobija se iz trafo stanice koja se preko šina prenosi na voz. Magnetni voz koristi linearni generator koji puni akumulatorske baterije, da bi u
slučaju nestanka električne energije voz mogao da lebdi još neko vreme. Kod električnog voza velikih brzina struja se iz trafo stanice preko napojnog voda prenosi na pantograf koji se nalazi na
krovu voza, a preko pantografa na električne motore koji pokreću osovine sa točkovima. Sam sistem magnetnog voza je dosta jednostavniji od sistema električnog voza, ali ne i jeftiniji jer se kod magnetnog voza mora postaviti razmotani rotor linearnog motora celom dužinom pruge što je veoma skupo. Kod klasične železnice se mora obaviti elektrificiranje pruge celom svojom dužinom i stare šine zameniti novim, da bi se povećala brzina kretanja. Komercijalne linije magnetno – lebdećih vozova
Kada su se obavila detaljnija istraživanja o vozilima koja se kreću na principu magnetne levitacije pojavila se želja za komer cijalnom upotrebom. Prva komercijalna linija magnetnog voza otvorena je 1984. godine u Birmingemu i pokrivala je nekih 600 m između aerodroma i železničke stanice ali je 1995. godine zatvorena zbog tehničkih problema i zamenjena je autobusom. Brzina kretan ja je
iznosila 42 km/h, a kretanje se izvodilo na principu linearnog električnog motora. Jedna današnja komercijalna upotreba magnetnog voza je u Šangaju. Nju je izgradila Nemačka kompanija SIEMENS. Voz pod Imenom Transrapid kreće se prugom od železničke stanice u Pudongu do aerodroma u dužini od 30 km. Izgradnja ove linije je počela u martu 2001. godine, a završena je i otvorena za komercijalnu upotrebu 1. januara 2004. godine. Vožnja ovom linijom traje 7 minuta i 20 sekundi i voz dostiže maksimalnu brzinu od 431 km/h. Prosečna brzina kretanja ovog voza je 250 km/h.
Šangajski maglev
5
Sam voz poseduje klasična putnička kola, i VIP kola tako da je prema ceni karte definisano i mesto za sedenje. Karta u jednom pravcu košta 6,33 $, a VIP karta u jednom pravcu košta 12,66 $ . Izgradnja celog Transrapid projekta je koštala negde oko 1,33 milijarde $.
Putnička i VIP kola
Pruga i ceo sistem kontrole su obezbeđeni zaštitnom mrežom, jer su pod naponom. Da bi se obezbedilo bezbedno kretanje voza postavljeni su čuvari i upozorenja duž pruge. Karakteristike vozne linije u Šangaju Vreme saobraćanja: od 7:00 do 21:00 Najveća brzina: 431 km/h) (u normalnom vremenu) ili 300 km/h (u produženom vremenu), Trajanje vožnje: 7 min i 20 se k. u normalnom vremenu, dok je 8 min i 10 sek. u produženom vremenu, Normalno vreme je 8:30-17:00, produženo vreme je od 7:00 do 8:30 i 17:00 -21:00,
Interval polaska: 15 min. Stanica u kojoj se putnici ukrcavaju se smatra jednom od najmodernijih stanica na svetu jer je prostor oko stanice uređen kao park. Opremljena je tako da se u njoj mogu naći svi savremeni uređaji i ljubazno železničko osoblje (hostese), koje pomaž u putnicima da se informišu oko putovanja.
Maglev stanica u Pudongu (Šangaj)
6 Druga komercijalna linija postoji u Japanu, zove se Tobi Kuro linija, to je takozvana Linimo linija. To je prva maglev gradska linija koja je se nalazi u gradu Aiči blizu Nagoje. Cena izgradnje te linije je iznosila preko 100 miliona $ po kilometru. Izgradnja ove linije počela je 3. oktobra 2001. godine a zvanično je linija puštena u rad 6. marta 2005. godine.
Linimo voz se kreće maksimalnom brzinom od 100 km/h, lebdi 8 mm iznad šina i služi kao alternativna zamena za metro. Linija ima 9 stanica u dužini od 8,9 km sa maksimalnim lukom krivine od 75 m, i maksimalnim usponom od 6%. Voz je dizajniran i napravljen u Nagoji. Kapacitet prevoza putnika je 4000 putnika za sat. U vozu staje 244 putnika.
Linimo magnetni voz – Gradski Maglev
KONTROLNA PITANJA:
1. Koja je najveća brzina koju je postigao voz na konvencionalnoj pruz i? Kolika je brzina koju je postigao magnetno-lebdeći voz sa putnicima u vozu? 2. Koje su opšte karakteristike infrastrukture za pruge velikih brzina? 3. Sa kojim ciljem EU planira proširenje mreže pruga za velike brzine u narednom periodu? 4. Opisati razliku u principu kretanja između klasičnog električnog voza i magnetno -lebdećeg voza? 5. Koju maksimalnu brzinu postiže voz ICE 3 u redovnom saobraćaju? 6. Koje komercijalne linije magnetno – lebdećih vozova danas postoje u svetu?
