Достижения в области высокоскоростных технологий железнодорожного соединения и соединения

Критическая роль соединения и соединения в высокоскоростных железных дорогах

Высокоскоростные железнодорожные системы зависят от сложного взаимодействия механических, электрических и цифровых компонентов для безопасной работы на скоростях, превышающих 250 км / ч. Среди них технологии соединения и соединения являются основополагающими: они обеспечивают, чтобы несколько железнодорожных единиц функционировали как единая интегрированная система во время транзита, а также позволяют быстро собирать и разбирать в депо. За последнее десятилетие отрасль вышла за рамки традиционных механических связей в направлении интеллектуальных, самовыравнивающихся и богатых датчиками систем, которые повышают надежность, сокращают время простоя обслуживания и повышают безопасность пассажиров. Эти достижения особенно важны, поскольку сети расширяются через границы (требуя совместимости между различными национальными стандартами) и поскольку операторы стремятся к более высоким эксплуатационным скоростям и более короткому времени оборота.

Современные высокоскоростные поезда используют автоматические соединители - часто основанные на конструкциях Шарфенберга или плотного замка - которые обрабатывают не только механическое соединение, но и автоматическое соединение пневматических тормозных линий, электрических цепей питания и кабелей данных. Последнее поколение этих соединителей может завершить полное соединение менее чем за 30 секунд без вмешательства человека, резкое улучшение по сравнению с ручными процессами сцепления, все еще распространенными на более медленном подвижном составе. Эта скорость сокращает время нахождения на терминалах и позволяет более эффективно вращать флот. Ниже мы рассмотрим конкретные инновации в механизмах сцепления, интерфейсах соединений, материалах и новой цифровой экосистеме, которая меняет поле.

Инновации в технологиях сопряжения

Автоматические и полуавтоматические суплеры

Традиционные магистральные соединители (например, типа Janney или AAR) требуют, чтобы наземный персонал вручную поднимал, выравнивал и блокировал соединительную головку. Для высокоскоростных поездов даже несколько минут ручной обработки создают рабочие узкие места. Решением было широкое внедрение полностью автоматических соединительных элементов, таких как Шарфенберг типа 10 или Dellner D-coupler . Эти системы используют комбинацию механических крючков, пневматических приводов и пружинных контактных пластин для самовыравнивания. Как только поездные блоки сдвинуты вместе на низкой скорости, головка соединительного устройства включает в себя как ничью, так и электрические / пневматические соединения одновременно.

Например, платформа Siemens Velaro (используется на немецкой ICE, испанской AVE и российской Sapsan) использует полностью автоматический межштатный сцепной механизм, рассчитанный на скорость до 350 км/ч. Сцепная последовательность включает в себя гидравлический демпфирующий механизм «мягкого касания», который предотвращает механическое ударение во время соединения. Аналогично, флот Alstom TGV использует модифицированный сцепной механизм Scharfenberg, который интегрирует автоматическое соединение тормозной системы поезда и линий силовой шины 25 кВ. Эти конструкции оказались настолько надежными, что многие операторы теперь запускают последовательности сцепления без водителя во время маневрирования депо, что значительно снижает затраты на рабочую силу.

Крашвортность и поглощение энергии

Требования безопасности для высокоскоростных поездов являются исключительно строгими. Связующие устройства должны не только удерживать поезд вместе при нормальных рабочих силах, но и поглощать кинетическую энергию во время столкновений для защиты пассажиров. Недавние инновации включают в себя сменные деформационные соединительные устройства (CEA), которые включают сменные деформационные трубки или сотовые структуры. Когда точка сцепления испытывает лобовое воздействие, элемент CEA разрушается контролируемым образом, поглощая до 1 МДж энергии без разрыва основного структурного соединения. Эта технология предписана европейскими техническими спецификациями для совместимости (TSI) для всех новых высокоскоростных поездов. Например, [FLT: 2] Bombardier Zefiro (теперь часть Alstom) использует сцепное устройство со встроенным противопогрузочным и энергопоглощающим конусом, который отвечает функциям сцепления и защиты от столкновений в одном блоке.

Совместимость и стандартизация

С трансграничными высокоскоростными услугами, становящимися все более распространенными (например, Thalys, Eurostar, TGV Lyria), системы связи должны работать бесшовно в различных национальных сетях. Это привело к разработке многосистемных сцепных устройств , которые могут адаптироваться к различным механическим интерфейсам и уровням электрического напряжения. Международный союз железных дорог (UIC) выпустил стандарты, такие как UIC 541-1 для автоматических сцепных устройств и UIC 646 для электрических соединителей. Последнее поколение сцепных устройств сцепных устройств с герметичной блокировкой (например, сцепное устройство типа UIC Z-A) предлагает механический интерфейс, который совместим как с конструкциями Scharfenberg, так и с более старыми конструкциями центральных буферных сцепных устройств, используемых в Восточной Европе. Эта совместимость уменьшает необходимость замены локомотивов на границах и сокращает общее

Каждый килограмм веса на высокоскоростном поезде напрямую влияет на потребление энергии и ускорение. Компоненты куплера традиционно изготавливаются из кованой стали весом 100-200 кг на единицу. Последние инновации используют углерод-волокно-укрепленные полимеры (CFRP) и высокопрочные алюминиевые сплавы (например, 7075-T6) для уменьшения массы до 40% при сохранении эквивалентной прочности. Например, высокоскоростной поезд Stadler SMILE (EC250) использует крышку сцепления CFRP и внутреннюю структуру полого профиля стали, экономя 35 кг на сцепке. Снижение массы без подрессорения также снижает износ дорожки и улучшает качество езды.

Сопротивление коррозии является еще одним критическим требованием к материалу, особенно для флотов, работающих в прибрежных или влажных средах (например, японские линии Синкансена вблизи моря). Новые сверхаустенитные сплавы на основе никеля и на основе никеля сплавы устанавливаются для пружинных штифтов, защелочных механизмов и электрических контактов, чтобы выдерживать соль распыления и температурные экстремальные значения. Эти материалы являются более дорогими, но увеличивают интервалы обслуживания от 3 лет до более 8 лет, снижая затраты на жизненный цикл. Для дальнейшего чтения о выборе материала в железнодорожной муфте, см. исследование производительности композиционных сцепных устройств в высокоскоростных поездах .

Аэродинамические профили

На скоростях выше 250 км/ч сопротивление воздуха составляет почти 80% от общего сопротивления. Сцепные устройства и соединительные отсеки часто подвергаются воздействию воздушного потока, создавая турбулентность и повышенное сопротивление. Современные конструкции включают аэродинамические саваны , которые плавно спариваются при соединении, представляя гладкую, непрерывную поверхность. Например, в варианте с высокой скоростью Škoda Vectron используется убирающаяся сцепная крышка, которая смывается с кузовом автомобиля при соединении поезда. Во время разъединения крышка открывается автоматически, чтобы позволить головке сцепления двигаться вперед. Моделирование вычислительной гидродинамики (CFD) позволило инженерам оптимизировать форму саванной оболочки, что дает уменьшение сопротивления до 8% на комплект поезда.