Страница 12 из 14
Очень важно сохранять плавность движения при переходе через крестовину. Японцы для этой цели применили подвижную часть сердечника крестовины.
Несколько необычных проектов
Как бы ни улучшали мы железную дорогу, какие бы новые элементы ни вводили в конструкцию подвижного состава или пути, нам никуда не деться от принципиальной основы этого вида транспорта — движения колес с внутренними гребнями по рельсам. Все изменилось за те полтораста лет, что существует железная дорога: и тип локомотива, и мощность его, и конструкция сцепок, тормозов, вагонов. А особенно в последние годы при переходе к высоким скоростям. И только основной принцип движения остается неизменным. Это и хорошо, и плохо. Хорошо, потому что добротно, привычно, надежно, отработано за десятилетия, наконец, в силу чрезвычайной распространенности. И ни один другой вид транспорта так не способствует развитию каких-нибудь глухих областей. Самолет может не вылететь из-за плохой погоды, автомобиль — застрять. Да и много ли они возьмут груза! Но если проложить рельсы, ничто не помешает поезду прийти. Плох же этот вид транспорта потому, что удачное конструктивное решение XVIII века — рельсы и колеса с гребенками — имеет принципиальные недостатки, которые ставят предел повышению скоростей. 250–300 км/ч — это ведь с точки зрения технически достижимых современных скоростей совсем немного. Но выше этого железнодорожный транспорт подняться не сможет. Зазоры между головками рельсов и гребнями колес заставляют оси все время вилять в поперечном направлении. От этого разрушается путь и подвижной состав. Жесткая нагрузка стальных колес на рельсы приводит к ударам и в конечном счете износу того и другого. О том, как стараются избавиться и от виляния и от ударов было написано в предыдущих главах. Но ведь есть же предел конструктивным усовершенствованиям. Паровоз улучшали 150 лет, потом оказалось, что лучше его сделать невозможно, а он все равно плох. Дорога, где стальные колеса должны постоянно контактировать с рельсами, позволит довести скорость до величины около 300 км/ч. Дальше — все. И тут начинаются поиски новых принципов движения. В первую очередь речь идет о воздушной подушке. Но по этому поводу писалось уже так много, что добавить, пожалуй, нечего. Разве только то, что в конце 1967 г. во Франции вагон на воздушной подушке развил скорость 345 км/ч. Если учесть, что мировой рекорд скорости электропоезда на рельсах равен 331 км/ч, то ясно, что движение, основанное на принципе воздушной подушки, может осуществляться с большими скоростями. Этот вагон, двигавшийся по бетонному рельсу, который имеет форму перевернутой буквы Т, является всего лишь моделью. А настоящий вагон намечено испытать летом 1969 г. По двадцатикилометровой магистрали он будет мчаться со скоростью 400 км/ч. Но воздушная подушка это не новость, поговорим о проектах менее известных, но более любопытных да к тому же, быть может, и более практичных. Если скоростную дорогу требуется проложить через населенный район, то принцип воздушной подушки отпадает сразу. Нужно такое транспортное средство, при использовании которого не было бы шума, пыли, а скорость создавалась высокая. Средством подобного рода может явиться линейный двигатель.
Название его родилось по контрасту. В обычных электродвигателях две основные части — ротор и статор круглые. У статора на сердечнике из стальных пластин помещены обмотки, связанные с источником переменного тока. Они создают магнитное поле. Внутри статора с небольшим воздушным зазором по диаметру размещен ротор — магнитный сердечник с неизолированными закороченными между собой обмотками. Ток, который в них индуктируется, взаимодействует с магнитным полем, и от этого ротор вращается. Представим себе теперь, что мы разрезали и ротор, и статор, обе обмотки вытянули в линию, а одну из них еще и удлинили, допустим, от Москвы до Ленинграда. Получится так, как показано на рис. 6.
Рис. 6. Вагон с линейным двигателем: 1 — реактивный рельс; 2 — группа тележки (колеса диаметром 965 мм);3 — линейный асинхронный двигатель; 4 — генератор переменного тока; 5 — редуктор; 6 — газовая турбина.
Первичная обмотка (статора) вытянута и закреплена неподвижно. При подаче к ней переменного тока будет наведен ток и во вторичной обмотке. Между тем возникает сила тяги, и плоский ротор двинется вдоль плоского статора. А можно и наоборот — статор вдоль ротора. Принцип линейного двигателя известен давно. Его предлагал еще в конце прошлого века известный русский изобретатель Доливо-Добровольский. Но широкая работа над его применением началась только в последние годы. Как бы ни было хорошо техническое средство, если в нем нет массовой потребности, за пределы лабораторий ему не выйти. Потребность в скоростном наземном транспорте, ограниченность обычных железных дорог в смысле повышения скоростей — все это распахнуло перед линейным двигателем двери лабораторий. В чем же его преимущества? Их много.
Для того, чтобы возникло тяговое усилие, вовсе не обязательно иметь поверхность контакта между подвижным составом и дорогой. Поэтому экипаж с таким двигателем можно использовать для любого подвешивания, в том числе и на воздушной подушке.
Когда ротор вращается внутри статора, скорость его вращения ограничена, иначе он разорвется под действием центробежных сил. В линейном двигателе движение поступательное, поэтому скорость может быть достаточно большой. Это достоинство особенно ценно для скоростного транспорта.
Нет поверхностей контакта и внутри самого двигателя; стало быть нет изнашивающихся деталей вроде втулок, шестерен и тому подобное.
Двигатель бесшумен, не создает воздушного потока — значит, пыль не будет лететь в окна. К тому же он работает без вибраций.
Движущийся вагон весит сравнительно немного. Поэтому возможны высокие ускорения и резкие ступени передач. Это очень важно для городского и пригородного транспорта.
К достоинствам линейного двигателя относится и ненапряженный температурный режим его работы. Вагон-статор скользит вдоль шины-ротора, и участки шины, где происходит взаимодействие, не успевают нагреваться. Нагревается только статор, а ротор его даже охлаждает.
Экипажу с линейным двигателем очень легко осуществлять электрическое торможение, а рекуперируемую энергию возвращать в сеть.
Достоинств очень много. Но есть и недостатки.
Между движущимся и неподвижным элементами конструкции необходимо иметь зазор больший, чем в обычном асинхронном двигателе, что трудно, так как сила притяжения между ними в 3-10 раз превышает силу тяги. Этим объясняется отчасти сравнительно низкий к. п. д. линейного двигателя (0,88 с алюминиевым ротором и 0,70 со стальным против 0,92 у обычного тягового электродвигателя постоянного тока).
Длинный элемент, вытянутый вдоль дороги большого протяжения, вещь очень не дешевая. Размеры двигателя определяются тяговым усилием, поэтому небольшой двигатель на малых скоростях не может развить большого тягового усилия.
Достоинств тем не менее значительно больше, чем недостатков. Поэтому в нашей стране, в Англии и в США проводятся исследования линейных двигателей в качестве источника энергии для высокоскоростного наземного транспорта.
Опытные экземпляры двухобмоточного, трехскоростного линейного двигателя сделаны на Киевском заводе электротранспорта имени Ф. Э. Дзержинского. Используя одну обмотку, можно получить максимальную скорость, используя вторую — 2/3 и 1/3 максимальной скорости при разгоне, торможении, прохождении кривых малых радиусов и стрелок. Статор (пакет из листовой электротехнической стали) отделяет от ротора (ферромагнитного рельса) воздушный зазор в 3–4 мм. Рельс (полоса из конструкционной стали прямоугольного сечения) закреплен на несущей балке. Опытный вагон оснащен четырьмя скоростными двигателями, имеющими гибкое соединение с ходовой тележкой. Каждый двигатель состоит из двух статоров, расположенных по обе стороны рельса и связанных между собой общей тележкой.