Новые тормозные системы и спутниковая навигация помогут большему количеству поездов курсировать по рельсам Европы
Увеличение количества поездов на европейских путях для замены других видов транспорта может помочь снизить выбросы CO2 и загрязнение воздуха. Но установка большего количества поездов требует серьезного переосмысления того, как поезда тормозят и могут двигаться по рельсам с использованием кибербезопасной радиосвязи и спутниковой навигации.
Люди все чаще рассматривают железные дороги как безопасный и экологически чистый способ передвижения. Поездки по железной дороге могут снизить выбросы путешественников. Например, согласно анализу Deutsche Welle, поездка из Цюриха в Милан на 217 км вместо полета позволяет сэкономить около 103 кг выбросов CO2 на пассажира.
Количество пассажирских поездов в Европе неуклонно росло в течение многих лет, пока не было введено национальное ограничение в начале 2020 года. В Швеции в лексикон вошло новое слово. «Tågskryt» («хвастаться поездом»), чтобы описать, когда люди побуждают других сесть на поезд.
Железнодорожные компании в Испании, Франции и Германии уже заказывают высокоскоростные и трансграничные поезда для удовлетворения ожидаемого спроса. К сожалению, это не так просто, как сделать больше поездов и поставить их на рельсы. В Европе уже есть одна из самых протяженных и плотных железнодорожных сетей в мире, а это означает, что поездам нужно будет найти способ безопасно перемещаться по более загруженным путям.
Тормозные системы являются ключевым аспектом этого. «Поезд на рельсовом пути означает, что крайне важно обеспечить, чтобы эффективность тормозов на каждой тележке была на одном уровне и чтобы тормоза не изнашивались быстро». говорит Мартин Эртль, вице-президент по инновациям производителя тормозных систем Knorr-Bremse в Германии.
«Мы должны сократить интервалы между поездами без ущерба для безопасности». сказал он. «Это можно сделать только с новым набором технологий». Он возглавляет участие компании в проекте Shift2Rail PIVOT2, который ищет способы улучшить корпус и ходовую часть поездов.
Тормоза. логичный кандидат на модернизацию. Эртл объясняет, что многие современные тормоза поездов управляются воздушной трубкой, идущей от передней части поезда к пневматическим тормозам каждого вагона. Машинист поезда может увеличить давление воздуха вдоль трубы, чтобы отпустить воздушные тормоза, и уменьшить давление, чтобы активировать тормоза.
Исследования показывают, что этот метод торможения хорошо зарекомендовал себя с момента его появления в 1860-х годах, но все еще имеет некоторые проблемы. Например, в старых системах он не сообщает водителю, что с одним из тормозов что-то не так. А поскольку воздух движется через каждую каретку последовательно, тормоза активируются одновременно, но могут реагировать с некоторой задержкой. В сочетании с тяжелыми условиями трения это означает, что хотя передние каретки могут иметь высокую скорость замедления, последняя каретка практически не тормозит. Это затрудняет экстренное торможение.
Его команда ищет способы улучшить другой тип тормозной технологии, в которой используется электроника, чтобы убедиться, что вагоны поезда имеют постоянный тормозной путь, обеспечивают постоянную обратную связь и служат дольше, чем типы тормозов, доступные в настоящее время.
По словам Эртля, замена пневматических тормозов на радиоуправляемые электромеханические тормоза дает много преимуществ. «Мы можем значительно упростить систему и значительно снизить вес поезда». сказал он.
«С этим новым поколением тормозов у вас есть различные сенсорные технологии (сверху), то есть вы можете получать данные, а затем вычислять их уже в поезде». сказал Эртл. Затем эти данные могут быть переданы, например, заранее депо, чтобы они могли лучше спланировать, когда нужно доставить поезд на техническое обслуживание.
В то время как управление тормозами с помощью воздуховода хорошо работает для пневматических тормозов, управление тормозами с помощью радиосигналов лучше всего подходит для современных электромеханических пневматических тормозов. В рамках проекта также рассматриваются новые дополнительные системы, которые могут повысить эффективность торможения на мокрой или скользкой дороге.
В рамках проекта был разработан прототип пневматического тормоза, в тормозных колодках которого используются более легкие материалы, другой рисунок поверхности для улучшения сцепления и меньшее количество компонентов. Ранние испытания показали, что эти прототипы на 16% легче, сокращают тормозной путь на 40% и снижают износ на 55% по сравнению с обычными тормозными колодками, представленными на рынке.
В настоящее время в рамках проекта проходят дальнейшие испытания новой технологии пневматического торможения. Это включает испытания тормозов на их заводе в Мюнхене на испытательном стенде ATLAS высотой 15 метров и массой 760 тонн, который может развивать скорость до 350 км / ч.
Но для того, чтобы по рельсам могло двигаться больше поездов, нужны не только лучшие тормоза. Если поезду необходимо внезапно затормозить, другие поезда, использующие эту линию, должны знать об этом, чтобы избежать столкновений. Это означает, что поезда обычно едут по отдельным «блокам» пути за раз, причем длина каждого блока дает поезду достаточное расстояние для торможения, прежде чем он подойдет слишком близко к другому.
Проблема, как указывает Саймон Чедвик из Siemens Mobility UK, заключается в том, что каждый блок расположен так, чтобы у длинных тяжелых грузовых поездов было достаточно расстояния для торможения. Более легким и коротким пассажирским поездам требуется меньше тормозного пространства, но они все равно должны двигаться по тем же фиксированным блокам. По одной из оценок, длина квартала может составлять от 500 метров до шести километров, в зависимости от типа поезда и его скорости. Это заставляет поезда с лучшим торможением двигаться в соответствии с поездом с худшим торможением на трассе.
«В традиционной сигнализации, которая основана на фиксированных блоках, блочная структура жестко закодирована в железной дороге». пояснил он.
По его словам, это может быть пустой тратой места. Вот почему железнодорожные компании рассматривают возможность использования «движущихся блоков» для разделения поездов. Вместо того, чтобы путешествовать по рельсам фиксированной длины, поезда могут общаться друг с другом и вычислять, какое расстояние им нужно держаться друг от друга.
«Он больше не основан только на поездах« наихудшего »типа». сказал он. «У вас могут быть разные типы поездов».
В многоступенчатом проекте Shift2Rail, X2Rail, его команда изучает, как улучшить бортовую сигнальную технологию, чтобы поезда, движущиеся в движущемся блоке, могли легко узнавать местоположение друг друга.
Это включает использование стандартных маркеров вдоль пути, а также бортовых систем радиосвязи и спутниковой навигации, чтобы сообщить другим поездам и диспетчерам, где они находятся. Эта спутниковая и радиоинформация передается быстрее и эффективнее, чем оборудование для мониторинга поездов, установленное непосредственно на путях. говорит Чедвик.
Радио и спутниковые технологии также могут помочь, если вагон отсоединяется от поезда, поскольку оборудование как в поезде, так и в вагоне может отправлять предупреждение, тогда как оборудование для подсчета вагонов, установленное на пути, обнаружит потерю только тогда, когда поезд достигнет его.
По словам Чедвика, использование спутниковых и радиотехнологий в поездах имеет преимущества, выходящие за рамки увеличения пропускной способности железнодорожных линий. Это потенциально может снизить затраты, поскольку требуется меньше оборудования для обнаружения поездов на рельсах, и он более надежен, поскольку поезд постоянно отправляет обновления о своем местоположении.
По его словам, лучший мониторинг поездов будет иметь важное значение для зарождающейся Европейской системы управления поездом (ETCS), общего набора систем мониторинга, сигнализации и безопасности железнодорожных путей. как на обочине пути, так и в поезде. который постепенно применяется по всей Европе.
Предыдущие этапы проекта X2RAIL были сосредоточены на разработке спутниковой и радиотехнологии ETCS для установки в поездах. На текущем этапе, X2RAIL-5, используются компьютерные модели для анализа кибербезопасности оборудования и изучения его поведения в реальном мире. Например, их модели будут анализировать, как, когда поезд проходит через участок со слабым сигналом, другие поезда и центральная система мониторинга поездов все еще могут знать, где он находится.
«Большой проблемой всего этого является то, что если я (как машинист поезда) собираюсь полностью полагаться на поезда, информирующие других о своем местонахождении, они должны понимать, как это будет работать». сказал Чедвик.
«Система (ETCS) должна отслеживать все поезда и отслеживать состояние всех путей. Даже если поезд перестал с вами разговаривать, система должна помнить». Другими словами, если в поезде слабый спутниковый сигнал, центральная система мониторинга поездов должна иметь возможность использовать оборудование для мониторинга на рельсах для компенсации.
Если их анализ покажет, что технология будет успешной, они надеются, что эта технология станет стандартом во всей Европе. Это будет иметь жизненно важное значение для продолжения роста числа международных железнодорожных маршрутов, таких как услуга OBB NightJet.
Оба проекта являются частью инициативы Shift2Rail, которая направлена на удвоение пропускной способности железных дорог в Европе и повышение их надежности и качества обслуживания на 50% при одновременном сокращении вдвое затрат на жизненный цикл. Ertl считает, что это цель, которая должна быть достигнута, если Европа хочет трансформироваться в более устойчивое общество.
«Я действительно вижу, что во всем мире растет спрос на устойчивый способ перевозки большого количества людей». сказал он. «На мой взгляд, нет другого пути, кроме как сделать железную дорогу основой устойчивого транспортного средства».