FGG- oddelek za Gradbeništvo Študijsko leto 2000/2001

Univerzitetni študij- 2. Letnik

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FIZIKA 2: 2000/20001

seminar

(hitri vlaki v Evropi)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ljubljana, 3.5.2001 Miha Brodnjak

 

  1. UVOD

V 19. stoletju in v začetku 20. stoletja so imeli vlaki glavno vlogo pri potovanju iz kraja v kraja, ter pri prevozu tovora. V drugi polovici 20. stoletja pa so avtomobili in avioni nadomestili vlogo vlakov. Šele nove tehnologije hitrih vlakov (High speed rail), so omogočile nekaterim vlakom biti hitrejši in udobnejši od ostalih prevoznih sredstev.

 

2. MEJA MED NAVADNIMI IN HITRIMI VLAKI OZ. KAJ JE VISOKA HITROST (HIGH SPEED)

Visoka hitrost je zelo relativen pojem; ampak obstaja neka meja. Hitri vlaki (high speed train) so v glavnem tisti vlaki, ki so grajeni tako, da lahko dosežejo in vozijo pri velikih hitrostih. Meja ni točno definirana. Najpogosteje se za mejo uporablja hitrost nad 200 km/h (125 mph).

Včasih je bila ta meja nižja, zaradi še ne tako razvite tehnologije. V letu 1930 so npr. hitri vlaki vozili največ 144 km/h (90 mph). Nekateri uvrščajo vlake, ki vozji s hitrostjo 160 km/h (100 mph) tudi že med hitre vlake. Medtem, ko navdušenci nad hitrimi vlaki menijo, da lahko vlak imenujemo hitri vlak, če doseže maksimalno hitrost nad 270 km/h (168 mph). Vendar se ta meja ne uporablja veliko. To pa zato, ker se v veliko državah uporablja meja 200 km/h (125 mph). Saj že vlake ki dosežejo to hitrost reklamirajo kot hitre vlake, kot so npr. Inter-city 125, v Nemčiji zelo popularen ICE (na dizelski pogon), grajen za vožnjo do hitrosti 200 km/h, v Veliki Britaniji pa DMU, ki tudi doseže to hitrost.

 

3.HITRE PROGE

3.1 PREDSTAVITEV

Gradnja prog namenjena vožnji s hitrimi vlaki in izdelava hitrih vlakov sta vrh tehnologije. Železnice, prav tako ceste imajo hitrostne omejitve nižje kot je najvišja hitrost, ki jo lahko vlak oz. avtomobil doseže. Izdelava hitrih vlakov in železnic sta podrejeni varnemu in udobnemu potovanju pri hitrosti od 250 km/h do 320 km/h.

3.2 PROBLEMI ŽE OBSTOJEČIH ŽELEZNIŠKIH PROG

Največji problem hitrih vlakov predstavljajo ostri ovinki na že obstoječih železniških progah. Centrifugalna sila, ki deluje na vlak, ko ta vozi skozi ovinek je sorazmerna kvadratu hitrosti. Če podvojimo hitrost, se centrifugalna sila, ki deluje na vlak poveča štiri krat, če pa hitrost potrojimo pa se centrifugalna sila poveča kar devet krat.Tako so pri visokih hitrostih problem tudi že zelo blagi ovinki.

Problem hitrih vlakov na že obstoječih progah je bil tudi ta, da so bili hitri vlaki prehitri in so dohitevali počasnejše (navadne) vlake pred seboj ter s tem povzročili zastoje in pa zamude. Tako so začeli za hitre vlake graditi posebne proge, ki imajo svoje značilnosti.

3.3 ZNAČILNOSTI HITRIH PROG

  1. DRŽAVE S HITRIMI PROGAMI V EVROPI

 

4. VRSTA HITRIH VLAKOV

Razviti sta dve tehnologiji hitrih vlakov in sicer:

4.1 NAGIBNI VLAKI

Vsi vemo, da če z avtomobilom hitro vozimo skozi čutimo centrifugalno silo. Nič drugače ni,

pri vlakih, ko vozi s hitrostjo skozi ovinek. Velike družbe se lahko odločajo, da vložijo denar v nagibne vlake, kateri lahko vozijo po navadnih progah ali pa gradijo nove hitre proge in ne porabljajo denarja za drage nagibne mehanizme. Zaradi tega se TGV-ji in ICE-ji ne nagibajo, ker imajo svoje lastne hitre proge, kjer so ovinki grajeni z velikim radijem, kar omogča hitro vožnjo tudi v ovinku.

Da bi nagibni vlak iztiril bi morala biti hitrost zelo velika, takšna da se potnik ne bi mogel premakniti s sedeža, saj bi bil »dobesedno zalepljen« nanj. Zaradi ugodja in varnosti potnikov obstajajo omejitve pri zaviranju in pospeševanju vlakov pri vožnji v ovinek. Zato je povprečna hitrost vlaka veliko nižja od hitrosti, ki jo lahko vlak doseže. V ovinku je zaviranje vlaka omejeno s 5 ali manj zaradi udobja potnikov, nato pa lahko vlak pospešuje največ 1, kar pomeni da lahko v nekaj minutah doseže maksimalno hitrost.

Nagibni vlaki se nagnejo zato, da so sile, ki delujejo na potnika manjše. Vlaki, ki imajo kot nagiba med 10 in 35 stopinj so hitrejši v ovinku, kot klasični vlaki. Zaradi tega potniki udobno potujejo, povprečna hitrost je večja, ta pa vpliva na krajši čas potovanja. Vagoni imajo nagibne mehanizme. Vezni členi pa ostanejo vedno vzporedni s progo.

Ponekod že gradijo železniške proge z nagibi (v ovinku), po katerih pa težje vozijo počasnejši vlaki. Zato proge, ki imajo nagibe uporabljajo samo hitri vlaki in ti imajo točno določene omejitve hitrosti na posameznih odsekih oz. nagibih.

Pozitivna lastnost nagibnih vlakov je cenejše potovanje na daljše razdalje, kar je ugodno za potnika. Slabost pa, da je za vožnjo teh vlakov potrebno graditi nove proge, kar pa je dodaten strošek.

4.2 MAGNETNO LEBDEČI VLAKI

Princip magnetnih vlakov je , da lebdijo na

magnetnem polju in jih poganja linearno

indukcijski motor. Ti sledijo progi, ki

»vsebuje« magnete.

Te vlake imenujemo Maglevs, kar izhaja

iz angleških okrajšav imena Magnetically

Levitated Trains.

Magnetni vlaki lebdijo 10 mm nad

magnetnim poljem proge, kjer jih poganja

proga sama na kateri se izmenjujejo sekcije

magnetizmov.

 

 

 

 

 

Primarna prednost je vzdrževanje. Namreč vlak lebdi nad progo in ne povzroča njenih premikov ter ne poškoduje proge (odpadli deli komponent proge). Teoretično pomeni, da ne bi tako vlaki kot proge potrebovali vzdrževanja. Druga prednost je, da »lebdeči« vlaki ne povzročajo trenja, vendar je zračni upor še vedno prisoten. Tretja prednost je manjši hrup, saj ni koles, ki bi ga povzročale. Največja prednost pa je hitrost, saj lahko ti vlaki dosežejo hitrost do 500 km/h. Med drugim se lahko ti vlaki vzpenjajo s hitrostjo 300 km/h, če naklon ni prevelik.

Maglev-i so veliko dražji od standardnih hitrih vlakov (nagibni). Ni jih možno vključiti v standardno infrastrukturo, kot je to mogoče za ostale vlake, saj je za njihovo vožnjo potrebna izgradnja posebnih prog, kar pa poveča stroške in neekonomičnost. Maglev-i bi bili funkcionalni le v primeru daljših razdalj, da bi s tem zmanjšali čas vožnje, vendar ne bi smelo biti veliko vmesnih postaj. Namreč francoski TGV-ji vozijo po 1200 km progah namenjenim za hitre vlake, preostalih 75 % pa vozijo po navadnih progah. Za Maglev-e je takšna prilagoditev nemogoča, kar pa povzroča njihovo neuporabnost.

Postavitev navadnih koles na Maglev-e, bo omogočala potovanje po standardnih progah, s tem , da bi jih odstranili iz magnetnih prog.

Poraba energije teh vlakov je manjša v primerjavi s navadnimi vlaki. To je zaradi trenja, ki ga pri teh vlakih ni. Velikih razlik v energiji pa v primerjavi z standardnimi vlaki ni saj imajo Maglev-i pri visokih hitrostih večji zračni upor. Nemški inženirji so ugotovili, da ti vlaki potrebujejo manj »prostora«, kar vpliva na zmanjšanje uničevanja narave, podeželja kot je to značilno za hitre vlake. So ekološko prijaznejši.

Prvi Maglev-i so začeli voziti v komercialne namene v Nemčiji. To bo pomagalo odločiti ali jih bodo v prihodnje uporabljali povsod po svetu. Te vlake bi začeli uporabljati namesto hitrih vlakov, saj bi na območjih, kjer ni hitrih prog začeli graditi nove magnetne proge. Sedanjost kaže povsem drugače. V Angliji je 31932 km dolgih standardnih prog, v Franciji 34449 km in v Nemčiji 40726 km. Vse to pa vodi do dolgega obstoja standardnih vlakov še kar nekaj časa.

V sredini osemdesetih je Velika Britanija prva predstavila maglev službo. Njihova predstavitev je temeljila na povezavi dveh terminalov na Birminghamskem letališču, kjer je dolgo pot 400 m vozil s hitrostjo 16 km/h. Seveda so jih nadomestili z avtobusi. Nemčija je edina država, ki ima jasne cilje povezati Berlin s Hamburgom do leta 2005 s temi vlaki. Sam pomen Maglev-ov ostaja v ostalih državah majhen. Le v Angliji in Nemčiji so testirali ta vlake, vendar jih uporablja le Nemčija.

 

5. PRIHODNOST HITRIH VLAKOV

    1. POVEČANJE HITROSTI
    2. Do danes je bila dosežena hitrost v Evropi v potniškem prometu 320 km/h. V prihodnosti pa naj bi se hitrost povečala na 360 km/h za komercialne namene. To bi bilo dokaj hitro za naslednjo generacijo TGV in ICE, ki bodo vozili do 330 km/h. Kljub hitrostnemu rekordu francoskega TGV-ja, ki je dosegel hitrost 515 km/h, te hitrosti niso komercialno obstojne zaradi več razlogov. Proge in kolesa morajo biti zelo dobre, da omogočajo vožnjo pri tej hitrosti.

      5.1 HITREJŠI VLAKI OD MAGLEV-OV

      Problem še hitrejših vlakov je v zračnem uporu s katerim se srečujejo pri velikih hitrostih. Zaradi zračnega upora se porabi večaj količina energije, kar pa ni ekonomično, vožnja bi bila predraga v primerjavi s potovanjem z avtom, bi pa bila enakovredna potovanju z letalom.

    3. NOVE HITRE PROGE

Po vsej Evropi so hitre proge le del standardnih prog in potrebno bo veliko dela, da bi se povečalo število prog. V prihodnost bo veliko evropskih mest povezan hitrimi progami ravno zaradi hitrega, udobnega in relativno poceni potovanja.