Электропоезд с колесными парами изменяемой колеи

Поезда - Супер поезда

При поездке между станциями, не связанными прямыми сообщениями, пассажир вынужден делать пересадку, что сопряжено с потерей времени и разного рода неудобствами. Тем более неизбежны пересадки, когда станции отправления и назначения находятся на линиях, имеющих разную колею. Даже если на станции стыкования выполняют замену тележек вагонов поезда и пассажиру не нужно пересаживаться, большая продолжительность стоянки вызывает оправданное недовольство.
Эта давно осознанная проблема побудила специалистов железных дорог многих стран мира к разработке конструкций, которые позволяли бы автоматически изменять расстояние между колесами колесных пар при движении поезда по специальному переходному участку между линиями разной колеи с обеспечением надежного закрепления колес на оси в любом из двух положений.
В Японии к проектированию и изготовлению опытных тележек, колесных пар, тяговых двигателей и напольных путевых устройств переходного участка для решения указанной задачи приступили в 1994 г. Основными этапами работ были:

Опытный электропоезд с колесными парами изменяемой колеи состоит из двух моторных вагонов, обозначаемых как М'с1 и М'с2. При необходимости между моторными включается третий промежуточный прицепной вагон, обозначаемый как М1. Схема поезда в трехвагонном варианте c указанием основных размеров приведена на рисунке:

Масса тары вагонов М'с1 и М'с2 составляет 48 т, вагона М1 - 42 т. Исходя из того, что поезд предназначен для обращения по всем линиям сети железных дорог Японии, он рассчитан на питание от пяти имеющихся в стране систем тягового электроснабжения: 25 кВ, 50 и 60 Гц; 20 кВ, 50 и 60 Гц переменного тока; 1,5 кВ постоянного.

Кузова вагонов изготовлены из алюминиевого сплава. Ширина кузовов, равная 2945 мм, соответствует принятой на линиях узкой колеи. Салоны кузовов герметизированы для предотвращения воздействия волн сжатого воздуха при встрече с высокоскоростными поездами на линиях сети Синкансен нормальной колеи.
Почти вся площадь пола в салонах вагонов опытного поезда занята контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратурой для измерения и записи в ходе испытаний различных параметров (температуры, скорости, ускорений, напряжений в элементах конструкции, электрических токов и напряжений и т. п.) почти по 400 каналам сбора и передачи информации.
В кабинах управления помимо обычного оборудования установлена аппаратура для управления процессом изменения колеи и выбора системы электропитания. Кроме того, смонтирована специальная аппаратура, используемая в ходе испытаний. Например, поскольку при испытаниях в ТТС поезд многократно (до 100 раз в день) проходит по одному и тому же участку пути, понадобился счетчик проходов и устройство определения местоположения поезда в любой момент времени, а исходя из жаркого климата Пуэбло - еще и датчик перегрева аппаратуры.
Основное техническое нововведение заключается в конструкции примененных в поезде колесных пар изменяемой колеи.
При этом особое внимание уделено конструкции колесно-моторных блоков, так как здесь впервые изменяется колея моторных колесных пар (различные конструкции поддерживающих колесных пар изменяемой колеи для пассажирских и грузовых вагонов разрабатывались и испытывались во многих странах). Новшеством является выполнение колеса и тягового двигателя в виде единого блока, причем передача крутящего момента колесу от тягового двигателя осуществляется непосредственно, без каких-либо передаточных механизмов. Блок смонтирован на втулке, имеющей возможность перемещаться вдоль оси. Ось и две втулки остаются неподвижными, а колеса колесной пары вращаются независимо друг от друга. С наружной стороны оси имеется стопорный механизм, фиксирующий втулки, а вместе с ними колесно-моторные блоки в одном из двух положений на оси с помощью штифтов, заходящих в соответствующие этим положениям гнезда.

Для уменьшения размеров и неподрессоренных масс колесно-моторного блока в поезде применены синхронные тяговые двигатели с наружным ротором, представляющим собой постоянный магнит из редкоземельных сплавов. Внутренний статор с главной обмоткой закреплен на втулке, ротор соединен с колесом.
В тяговом приводе применены трехступенчатые преобразователи с широтно-импульсной модуляцией, элементной базой которых являются биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). Каждый преобразователь питает один тяговый двигатель, так что в каждом моторном вагоне имеется восемь преобразователей, скомпонованных в общем корпусе в виде единого модуля.

Первые стендовые испытания поезда проходили в испытательном центре RTRI в Кумитати. После их успешного завершения были проведены ходовые испытания на участке длиной 91 км линии Сан-Ин компании JR West между Ионаго и Ясуги. Испытания подтвердили работоспособность всех узлов и агрегатов поезда при движении со скоростью до 100 км/ч.
Ввиду отсутствия в Японии должным образом оснащенного испытательного полигона с путями нормальной колеи и невозможности использовать для испытаний эксплуатируемые линии сети Синкансен вследствие интенсивного движения графиковых поездов для дальнейших испытаний поезд в двухвагонном варианте вместе с комплектом напольных путевых устройств переходного участка был отправлен в ТТС AAR, имеющий кольцевой испытательный путь длиной около 22 км. Испытания, начатые в апреле 1999г., продолжаются в настоящее время. В ходе испытаний после каждых 100 тыс. км пробега выполняются осмотры оборудования поезда, причем для определения надежности и срока службы некоторые узлы и агрегаты не ремонтируются. Максимальная скорость, достигнутая на линии нормальной колеи, составила 227 км/ч, и каких-либо технических проблем пока не было.

Намечено продолжить испытания поезда в ТТС в трехвагонном варианте, в ходе которых запланировано достичь скорости 250 км/ч. Ресурсные испытания будут вестись до накопления пробега 450 тыс. км.
По завершении испытаний в США поезд и напольные путевые устройства переходного участка будут возвращены в Японию, где предусмотрены тщательная ревизия их состояния и ремонт с внесением признанных целесообразными по результатам испытаний конструктивных изменений. Затем будут проведены приемочные и эксплуатационные испытания в условиях, приближенных к реальным, в том числе с переходом между действующими линиями разной колеи.