Скоростные поезда

Газотурбинный двигатель имеет в 15–20 раз меньше соединений с кузовом, чем поршневой, и снимать его при обслуживании не требуется, а если вдруг окажется нужным, можно сделать это за час или два. Меньше поездов на профилактике — значит больше на линии. Чтобы осуществить один и тот же объем перевозок, потребуется в 1,15-1,2 раза меньше турбопоездов, нежели дизельных.

Правда, газотурбинный двигатель пока потребляет больше топлива, но зато он может работать на низких сортах. Газотурбинный двигатель имеет иные тяговые характеристики, нежели дизель — поэтому с его применением ненужными становятся ни электрическая постоянного тока, ни гидравлическая передачи к ведущим колесам, а вполне можно обойтись обычной механической. В итоге при существующих типах локомотивных двигателей газовая турбина является наиболее подходящей для высоких скоростей. При скорости 150–200 км/ч потребность в мощности, необходимой для передвижения собственно локомотива, резко увеличивается, поэтому легкая и мощная машина — газотурбовоз с механической передачей — приходится для таких случаев как нельзя более кстати.

Есть и сложности. Газотурбинная установка на локомотиве имеет более низкий к. п. д., чем дизель: ограниченная жаростойкость турбинных лопаток вынуждает лимитировать температуру газов. Увеличивается расход топлива при неполной загрузке. На самолете турбина работает с полной нагрузкой и при низкой температуре окружающего воздуха (минус 40–50 °C). Локомотив же работает с переменной нагрузкой и при температуре от минус 50 до плюс 40 °C. Тем не менее во многих странах мира усиленно работают под использованием газовой турбины на железной дороге. Это особенно относится к турбопоездам. По подсчетам специалистов моторвагонный состав, оборудованный серийно выпускаемой в нашей стране авиационной газовой турбиной мощностью 2550 л. с. и весом 600 кг, сможет развивать скорость до 200 км/ч. Над проектом турбопоезда работает Рижский вагоностроительный завод.

Во Франции испытывался недавно экспериментальный двухвагонный турбопоезд. На железнодорожном участке возле Орлеана он показал скорость, равную 231,8 км/ч. Основой его конструкции явился обычный серийный французский дизель-поезд тоже из двух вагонов — моторного и прицепного. В испытаниях определяли тяговые свойства газотурбинного двигателя при разных скоростях движения, аэродинамику, всасывание и выпуск воздуха на высоких скоростях, работу механической передачи, стабильность хода и многое другое. Преимущества в весе турбопоезда по сравнению с дизель-поездом бесспорны. Двухвальный двигатель и простейшая механическая передача весят только 1,2 т по сравнению с 10,5 т веса дизеля со ступенчатым редуктором. Итог — вдвое сниженные нагрузки от оси на рельсы. Авиационный серийный двигатель мощностью около 1500 л. с. размещен под полом прицепного вагона в звукоизолированном отсеке.

Англичане пока еще турбопоезда не построили, зато разработали его проект, но уже из восьми вагонов. Два двигателя мощностью по 1500 л. с. должны обеспечить движение поезда весом 250 т со скоростью до 250 км/ч.

Комфорт — условие необходимое

Когда мы летим в самолете со скоростью 600–800 км/ч, эта скорость почти не ощущается: нет ни толчков, ни вибраций. Точно такой же комфорт — и даже больший — должны дать пассажирам и железнодорожники. Конечно, комфортабельность — непременное условие для любого пассажирского поезда. Но для высоких скоростей это имеет особое значение. Без этого, во-первых, невозможно привлечь людей, а во-вторых, вагон, испытывающий тряску, толчки и вибрации на высоких скоростях, очень скоро выйдет из строя сам и разрушит к тому же рельсовый путь. А шум, возникающий при движении подобного рода, будет просто непереносим.

Борьба с шумом и представляет собой одну из важнейших задач, которую приходится решать конструкторам.

Когда вагон катится по рельсам с мелкими, почти не видными глазу неровностями, возникает шум, очень неприятно действующий на человека. Наиболее мощным источником шума является место контакта колеса с рельсом: колебания, вызываемые неровностями пути, переходят в звуковые волны. Чтобы подавлять шумы в месте их возникновения, применяют бесстыковой путь; длинные рельсовые пути укладывают на резиновые изоляторы. Если тщательно следить за состоянием путей, можно избавиться от неровностей, но полностью ликвидировать шум катящихся колес нельзя.

Шум возникает и в тележках, и в рычажной передаче тормоза, и в тяговосцепных устройствах. Чтобы его было меньше, в узлах соединения между кузовом и тележкой ставят эластичные элементы; воздуховоды включают в систему поглотителей шума; рычажные передачи устанавливают в пластмассовых направляющих, а тормозной цилиндр крепят к отдельной раме, изолированной от рамы вагона специальными прокладками.

Чтобы обеспечить спокойный ход локомотива при любых скоростях, в рессорной подвеске применяют значительное количество резиновых элементов, которые хорошо работают на сжатие и на сжатие со сдвигом. У многих серий тепловозов буксы соединяются с рамой через резиновые втулки, а применение резиновых амортизаторов уменьшает горизонтальные поперечные силы, действующие между колесом и рельсом.

Но полностью ликвидировать возникновение шума на месте все равно невозможно. Значит, остается только не допустить, чтобы шум из места своего возникновения «пробрался» внутрь вагона, куда у него есть два пути — по воздуху и через жесткие, вибрирующие элементы кузова. По каждому из них проходит примерно равное количество шума. И к первичному шуму добавляется тот, который вызывает идущая звуковая волна в местах соединений тележек с кузовом или в обшивке кузова. Волна, идущая по воздуху, тоже вызывает вторичные звуковые колебания, проникая через окна, двери, отверстия для кабелей и трубопроводов.

Открытые окна сводят на нет все меры по шумоизоляции: но при высоких скоростях открывать их недопустимо из соображений безопасности. В таких условиях наилучшей конструкцией является окно с двойными неподвижными стеклами. Кстати, такая конструкция неизбежно приводит к необходимости устройств для кондиционирования, которые широко применяются на скоростных поездах. В систему этих устройств входят приборы для отопления, охлаждения и — вентиляции.

Конструкторы стараются не только преградить доступ звуковым волнам внутрь кузова, но и сделать так, чтобы даже попавшие в пути звуки поглощались. Пол делают сплошным с усиленной изоляцией над тележками, а потолки в купе — перфорированными. Стены изолируют комбинированными материалами — волокнистыми для поглощения высокочастотных шумов и плотными для поглощения шумов низких частот.

Гладкие внутренние поверхности не поглощают, а наилучшим образом отражают звук, поэтому для отделки внутренних поверхностей купе стараются использовать упругие материалы, имитирующие кожу или ткань. Внутреннюю поверхность наружной обшивки кузова покрывают звукопоглощающим волокнистым веществом. И даже конструкция сидений для лучшей звукоизоляции изменена. Раньше основными их частями были деревянная рама, металлические пружины и конский волос. Теперь рама делается из металла, а стальные пружины сиденья и спинки закрыты матрацами из пористой резины или поролона, толщиной приблизительно 20 мм. Это тоже в какой-то степени понижает уровень шума в купе.

Исследования показали, что при увеличении скоростей до 200 км/ч из-за динамического воздействия воздуха на стены резко повышается уровень шума в купе, расположенных по концам вагона. Предупредительной мерой в таком случае является повышение жесткости конструкции кузова. Правда, в этом отношении существуют свои пределы. Для железных дорог проблема веса не играет, конечно, такой огромной роли, как в авиации — тем не менее нагрузка от оси на рельсы не должна превышать определенных пределов. Потому увеличивать как угодно толщину стен вагонов нельзя.

Во что же обходятся все меры шумоизоляции? Стоимость звукоизолирующих элементов составляет 2–4 % от полной стоимости вагона, а вес их — 1,5–3 % от веса вагона. Улучшение конструкции тележек с точки зрения звукоизоляции увеличивает ее стоимость всего лишь на несколько процентов.