Ťažkosti a výzvy pri prevádzke vysokorýchlostných vlakov
Nie je vôbec ľahké prevádzkovať vysokorýchlostnú dopravu. Mnoho cestujúcich si často ani neuvedomuje, aké úsilie je potrebné na prekonanie prekážky 200 km/h. Nasleduje zoznam problémov, ktoré so sebou expresná železničná doprava prináša, a toho, ako sa ich snažia železniční dopravcovia minimalizovať.
Problém vysokých hladín hluku
Je to spôsobené vysokými rýchlosťami a predstavuje osobitnú záťaž pre obyvateľov. Protihlukové steny na mnohých miestach znižujú hlukové znečistenie. Osvedčilo sa aj budovanie priehrad po ľavej a pravej strane trás. Napríklad v Nemecku bol predradník nahradený na testovacích dráhach inými materiálmi, napríklad trávnikom alebo betónom s absorbérmi zvuku. Posledné menované nájdete na novej linke z Frankfurtu nad Mohanom do Kolína nad Rýnom. Hluk vzniká nielen interakciou kolesa a koľajnice, ale aj pantografom. Aerodynamicky optimalizované zberače sú navrhnuté a používané pre vysokorýchlostné vlaky.
V Japonsku sú predpisy na ochranu životného prostredia také prísne, že vlaky smeli jazdiť dlhú dobu iba 270 km/h. Iba v prípade série 500 bolo v plánovanej prevádzke povolených 300 kilometrov za hodinu. Tvar hlavy tohto vlaku Shinkansen je založený na rybáriku riečnom a pri vysokých rýchlostiach prúdi vzduch obzvlášť ticho. Zaujímavý je tu aj pantograf. Na hojdačke sú projektily na zníženie turbulencie vzduchu. Technológia bola kopírovaná z krídel sovy, o ktorej je známe, že dokáže lietať prakticky nehlučne.
Pri vstupe do tunela sa vytvárajú mikrošokové vlny (nazývané tiež mikrozvukové vlny, mikrošokové vlny alebo zvukový výložník), ktoré vedú k silnému tresku. Kačica sa evidentne osvedčila ako tvar hlavy pre vysokorýchlostné vlaky. Príkladom sú španielske vlaky AVE-S 102 a Shinkansen radu 700, Fastech 360S a jeho deriváty E5 a E6.
Problém vysokého odporu vzduchu
Problém vysokého opotrebenia
Zasiahnuté sú najmä kolesá, koľajnice a zberače. Kolesá sa časom opotrebúvajú a zmenšujú sa. Pretože ide rýchlo, vlak prekoná veľké vzdialenosti za veľmi krátky čas. To znamená, že kolesá vrátane náprav musia byť vymieňané v čoraz kratších intervaloch.
Pojazdové plochy kolies a koľajníc sú pri nových úpravách mierne zaoblené. Aj bez prírub by sa vlak ťažko vykoľajil na priamych úsekoch alebo miernych zákrutách. Postupom času sa však jazdné plochy kolies a hlavy koľajníc vyrovnajú a bočné sily sa zväčšia - vlak sa začne valiť. Špeciálne tlmiče valcov tomu bránia.
Ďalším problémom bicykla je, že v priebehu času vytvára ploché škvrny. Koleso potom už nie je úplne guľaté. Začína sa udieranie - pri vyšších rýchlostiach začujete klepotavý alebo hučiaci zvuk. Je to spôsobené prachom, ktorý sa nerovnomerne usadzuje na vnútornej strane kolesa, a koľajnicami, ktoré už boli poškodené inými nekruhovými kolesami, a vracajú tento „vzor“ späť iným kolesám.
Koľajnice sa deformujú nielen na povrchu, ale aj pri príliš vysokých bočných silách. To je prípad, ak by vlak išiel zákrutou príliš rýchlo. Ako už bolo spomenuté, vlaky by sa na vysokorýchlostných cestách rýchlo dostali do šmyku, ak by neboli nainštalované kvalitné tlmiče valenia. Väčšinou sú to pasívne tlmiče, napríklad dokonca aktívne v japonskej sérii JR 500. Sily z vozidla sa ťažko prenášajú na koľaje, čo výrazne zvyšuje ich životnosť. Naopak, menšie chyby rozchodu nemajú takmer žiadny vplyv na pohodlie spolujazdca.
Problém koľajového lôžka
Predradníkové lôžko je najbežnejšie na celom svete, ale je vhodné len v obmedzenej miere pre rýchlo idúce vlaky. Ťažké a rýchle vlaky spôsobujú, že koľaje a podvaly pri ich prechádzaní vibrujú. V priebehu času sú štrkové kamene, ktoré sú pevne zabalené medzi pražcami, doslova zomleté. Strata tak dôležitého držania stopy. Výsledok: stopy začnú „plávať“ a posúvajú sa nabok. Takéto chyby koľaje zvyšujú riziko šmyku a znižujú komfort jazdy. Pre štrkovú trať je teda potrebné vykonať veľa údržbárskych prác.
Na druhej strane sú doskové dráhy oveľa nenáročnejšie na údržbu. Koľajnice sú namontované na betónovej vozovke a už sa nepohybujú z miesta. Spolu s tlmičmi zvuku medzi koľajami vedie táto metóda upevnenia koľaje k maximálnemu komfortu jazdy a zníženiu nákladov na údržbu trate.
Ťažkosti s odberom elektriny
Pri jazde vysokou rýchlosťou je ťažké vždy udržiavať dobrý kontakt s trolejovým drôtom. V dôsledku prítlačného tlaku zberača 100 až 120 Newtonov proti nadzemnému vedeniu začne nadzemné vedenie vibrovať. Ak je vibračná vlna trolejového drôtu rovnako rýchla ako vlna vlaku, zberač stratí kontakt. V najhoršom prípade zberač strhne trolejové vedenie. Pôsobením väčšej ťahovej sily na vedenie sa rýchlosť šírenia vĺn posúva. Ak je však mechanická sila v ťahu príliš veľká, dôjde k roztrhnutiu trolejového drôtu.
Ak sú vlaky v pohone (napr. ICE 2), nesmú byť oba zberače príliš blízko pri sebe, aby nadmerne nezvyšovali tlak na nadzemné vedenie. To znamená, že dva motorové vozidlá ICE 2 nemusia byť nikdy spojené a obidva majú zberač hore. K riadiacemu vozňu alebo k spojeniu 2 riadiacich vozňov je možné pripojiť buď iba jeden koncový automobil s pohonom.
Trolejové vedenie je vždy vedené kľukato nad pantografom. Tým sa zabráni tvorbe drážok v uhlíkových kontaktných pásoch zberača. Aj napriek moderným technológiám sa napríklad musí trolejové vedenie na rušnej trati Tokaido - Sanyo obnovovať každé tri roky. Kontaktný prúžok zberača má životnosť iba tri dni!
Zníženie hmotnosti vlaku
Vynakladá sa úsilie na zníženie hmotnosti, aby sa pásy a nadstavba tak rýchlo neopotrebovali. Najdôležitejšou vecou je tu nízke zaťaženie nápravy, ktoré by malo byť, pokiaľ je to možné, menšie ako 18 ton. V prípade vlakov sú najťažšími časťami vlaku stále rušne alebo hnacie vozidlá. Preto Taliansko a teraz Nemecko postavili takzvané viacnásobné jednotky, v ktorých sú komponenty pohonu rozmiestnené po celom vlaku. V Japonsku sa mohlo zaťaženie nápravy dokonca znížiť na 11,5 tony. Zaujímavá poznámka z boku: aj keď je statické zaťaženie nápravy vo francúzskych vlakoch TGV (TGV-PSE a TGV-A) menšie ako v prípade ICE 1, ICE má menší vplyv na trate ako TGV kvôli nižším dynamickým silám.
Použitie špeciálnych prepínačov
Okrem jazýčka výhybky majú výhybky na vysokorýchlostných tratiach aj pohyblivú žabu. V prípade výhybky na pravej strane je táto umiestnená na križovatke pravej priamej koľajovej trate s ľavostrannou koľajovou traťou otočenou doprava. Premostí sa tak medzera, ktorá by inak spôsobila prehnutie kolesa a vykoľajenie vlaku. Je teda možné zostaviť výhybky štíhlo a jazdiť v priamke s rýchlosťou 280 km/h alebo vyššou, v odbočke s rýchlosťou 200 km/h, vo Francúzsku s rýchlosťou 230 km/h.
Vysoké náklady na stavbu a údržbu
Nové trate v Nemecku patria k najdrahším na svete kvôli množstvu tunelov a mostov. Vysokorýchlostné trate by mali viesť čo najpriamejšie a mali by mať iba mierne stúpania, aby bola možná zmiešaná prevádzka s nákladnými vlakmi. Vo väčšine ostatných krajín však môžu na nových tratiach jazdiť iba osobné vlaky. Odborníci z Deutsche Bahn to videli a nová linka „Frankfurt nad Mohanom - Kolín nad Rýnom“ bola lepšie prispôsobená krajine. Táto trasa cez Westerwald je zrejme paradoxne doteraz najdrahšou trasou ICE. Politici k tomu určite veľmi prispeli svojimi požiadavkami, aby ľudia boli vonku v Montabaur, Limburg a Siegburg. Ochrancovia životného prostredia však vyzvali aj na budovy, kde nie sú potrebné žiadne, ako napríklad 198 metrov dlhý tunel „Kluse“.
Trasy Shinkansen v Japonsku sú vyvýšené v husto osídlených oblastiach a ohraničené protihlukovými stenami. V mestách sú konvenčné trate často presne pod. Tento vesmírny problém prispieva aj k nákladom na trasu. Okrem toho sú v Japonsku časté zemetrasenia. Aby sa neohrozili cestujúci vo vlakoch, sú na tratiach vysokorýchlostných železníc namontované snímače, ktoré registrujú akúkoľvek tektonickú činnosť a v prípade nebezpečenstva prinútia vlaky zabrzdiť. Údržbové práce na trase je možné vykonať iba za niekoľko hodín. Aj výmena koľaje musí prebehnúť v tomto extrémne krátkom čase. Z dôvodu vysokého počtu vlakov Shinkansen nie je možné v žiadnom bode jazdiť po jednej koľaji bez toho, aby ste museli akceptovať vážne meškania.
Komplexná signálna a bezpečnostná technológia
Systém ochrany vlaku je povinný pre rýchlosti nad 160 km/h. Okrem technológie vizuálnej signalizácie je potrebné využiť aj možnosť pomocou počítača, ktorá vodičovi poskytne prostredníctvom displeja informácie o stave trasy a nasledujúcom signáli. Napríklad v Nemecku sa používa traťové riadenie vlakov (LZB).
Medzinárodná preprava
Každá krajina má svoju vlastnú železničnú filozofiu. Ak napríklad jazdíte z Nemecka do Francúzska, musí byť vlak vybavený na napájanie 15 kV/16,7 Hz a 25 kV/50 Hz. Vlak musí zvládnuť aj signalizačné a monitorovacie systémy, ktoré sú bežné vo Francúzsku. Ak sa zmení aj rozchod kolies, bude to ešte ťažšie. Vlaky na francúzsko-španielskych hraniciach musia byť preradené zo štandardného rozchodu do španielskeho širokého rozchodu. V Japonsku sa človek snaží vystopovať celé viac jednotiek. Táto technológia je oveľa zložitejšia ako vagóny, pretože nápravy viacerých jednotiek sú čiastočne poháňané. Nástupištia rôznej dĺžky, výšky a vzdialenosti od trate kladú problém medzinárodného využitia.
Politické problémy
O politike sa tu nebude veľa diskutovať; Len malé zamyslenie: Vo Francúzsku sa dajú vysokorýchlostné trasy realizovať rýchlejšie ako v Nemecku. Ak je vo Francúzsku niečo vo „verejnom záujme“, žiaden občan nemôže proti tomu podať námietku a podať žalobu. Ak je napríklad jeho dom na budúcej trase, dostane vymenenú hodnotu domu alebo nehnuteľnosti a musí odísť. V Nemecku môže naopak každý konať pred súdom. Na jednej strane to chráni individuálne práva, ale niekedy sa to nemilosrdne zneužíva, čo stojí čas a peniaze. Aby sme sa dohodli, musia sa často akceptovať nákladné riešenia, ako sú umelé tunely.
Zhrnutie
Ako vidíte, vysokorýchlostná železničná doprava nie je len rýchlejší železničný systém, ale aj luxus, ktorý si môže dovoliť len málo krajín. Na zvládnutie všetkých spomenutých problémov je potrebné investovať veľa peňazí do príjazdových ciest a vozidiel. Bežné trasy sa nesmú finančne zanedbávať. Ak stále chcete vedieť, aká technológia je vo vysokorýchlostnom vlaku, odporúčajú sa popisy vlakov pre Eurostar alebo ICE 3. Eurotunel, ktorého výstavbu som podrobne opísal, sa tiež počíta ako technické majstrovské dielo v oblasti rýchlej prepravy. Je tiež zaujímavé diskutovať o tom, ktorý vlakový systém je lepší.
Naklápacie vlaky
Už nejaký čas existujú aj vlaky, ktoré zabezpečujú krátke doby jazdy na konvenčných kľukatých trasách a zároveň ponúkajú vysoký komfort vysokorýchlostných vlakov. Doteraz mali vysokorýchlostné vlaky vždy tú nevýhodu, že boli schopné dosiahnuť svoju plnú rýchlosť od 250 km/h do 300 km/h na špeciálne vybavených vysokorýchlostných tratiach. Rýchle vlaky sú spomalené na bežných kľukatých trasách. Nie je preto prekvapením, že prvé testovacie vozidlá s technológiou naklápania sa objavili na začiatku 70. rokov. Technika nakláňania má za následok, že kabíny vlaku sú naklápané hydraulikou, elektronikou alebo mechanikou a vlak sa môže nakláňať do zákruty ako motocyklista. To umožňuje rýchlejšie prebehnúť vlak zákrutami bez zníženia pohodlia cestujúcich v dôsledku odstredivých síl.
Najmä Taliansko a Švédsko ponúkajú svojim cestujúcim svojho speedstera na mnohých trasách. Výklopné vlaky začali v Nemecku a Švajčiarsku premávať len nedávno. Prekvapujúco sa téme naklápacej technológie vo Francúzsku venovali dosť neskoro. Okolo roku 1998 francúzska štátna železnica SNCF absolvovala testovacie jazdy s upraveným TGV-Pendulaire TGV-Pendulaire. Zatiaľ však nedošlo k nijakej sériovej výrobe.
Najznámejšou technológiou naklápania je talianske Pendolino, ktoré vyrába Fiat (dnes Alstom). To sa dá nájsť nielen v rozvinutejšej forme u všetkých ostatných Pendolinos, ale aj v ICE-T. Pohon je aktívne hydraulický. Pre testovací vlak TGV Pendulaire vo Francúzsku bola najskôr použitá technológia aktívneho hydraulického nakláňania, ktorá však bola následne prevedená na elektromechanickú verziu od spoločnosti Alstom. Švédsky model X2000 (X2) obsahuje vývoj od spoločnosti ABB - tiež aktívne hydraulický. Spoločnosť Siemens dodala ICE-TD aktívnu elektromechanickú technológiu naklápania. V každom prípade sa bude trend smerom k ďalším vlakom Neitech zintenzívňovať, pretože výstavba nových tratí bude čoraz drahšia.
Magnetické levitačné vlaky
Okrem plnokrvných vysokorýchlostných vlakov a sklápacích vlakov existuje aj tretí typ vlakov, ktorý umožňuje vysokorýchlostné cestovanie. Hovoríme o vlaku maglev. Celosvetovo iba Japonsko a Nemecko ponúkajú vlaky, ktoré sú už v prevádzke, aj keď technológia v Nemecku je stále o niečo pred japonskou technológiou. Rozdiel sa však citeľne zmenšuje, pretože nemecký Transrapid je veľmi kontroverzný projekt a výstavba transrapidovej linky v Nemecku z dlhodobého hľadiska zlyhala.
Transrapid bol pripravený na použitie už v roku 1995. Testovacie zariadenie v Emslande pôsobivo preukázalo, že rýchlosti nad 400 km/h nie sú pre vlaky s magnetickou levitáciou problémom. Dobrá schopnosť zrýchlenia predovšetkým pomáha vlaku dosiahnuť vysoké priemerné rýchlosti. Na rozdiel od ostatných vlakov je trakčný motor umiestnený v koľajisku. Transrapid je prenášaný a akcelerovaný pohybujúcim sa magnetickým poľom v krátkej vzdialenosti od trasy.
Supravodivosť hrá v Japonsku zásadnú úlohu. Magnety sú ochladené na takmer -273 stupňov Celzia na takmer absolútnu nulu. Elektrický odpor zmizne a vytvorí sa silné magnetické pole. Maglev (magnetická levitácia) môže plávať iba rýchlosťou 100 kilometrov za hodinu. Predtým musia vlak prepravovať kolesá. Japonský vlak s magnetickou levitáciou dosiahol maximálnu rýchlosť 581 km/h a Japonci si teraz nárokujú cenu „Blue Ribbon of the Rail“, ktorú francúzsky TGV-Atlantique doteraz označil za svoju vlastnú pri rýchlosti 515,3 km/h. Je však neopodstatnené, aby Maglev získal toto ocenenie, pretože techniky lokomotívy vlakov premávajúcich na koľajnice sa zásadne líšia od techník lokomotívy u vozidiel s magnetickou levitáciou a nie sú porovnateľné. Kolesá na Maglev sú jazdené iba do 100 km/h, potom sa vlak vznáša. Na tejto webovej stránke sa môžete dozvedieť viac informácií o Transrapid alebo Maglev v Japonsku.
Na záver možno povedať, že vysokorýchlostná premávka je nákladná, ale opodstatnená. Vlaky musia koniec koncov nalákať cestujúcich na koľajnice, a to je možné len za atraktívnych časov jazdy a vysokého komfortu. Bezpečnosť a spoľahlivosť sú samozrejme najvyššou prioritou a nehoda vlaku v Eschede na veci nič nemení. Vlak je jedným z najbezpečnejších druhov dopravy na svete. Odkedy v roku 1964 začala fungovať vysokorýchlostná železnica, v Japonsku už nebolo sťažností na život. Magnetický levitačný vlak sa v budúcnosti určite osvedčí, aj keď jeho použitie ako letiskovej kyvadlovej dopravy nie je vhodné na cesty ultravysokou rýchlosťou a táto technológia by bola výhodnejšia pre USA alebo Austráliu.