Рельсовый транспорт
Ре́льсовый тра́нспорт, вид транспорта, осуществляющий перевозку пассажиров и грузов на колёсных транспортных средствах, движущихся по рельсовым путям. Рельсовый транспорт делится на промышленный, городской и общего пользования.
Стандартный тип рельсовых транспортных средств включает в себя самодвижущиеся рельсовые транспортные средства, такие как локомотивы, паровозы, тепловозы, электровозы, газотурбовозы, электропоезда, автомотрисы, дрезины, дизель-поезда, трамваи и метрополитен. Кроме того, к стандартному типу рельсовых транспортных средств относятся прицепные транспортные средства, такие как вагоны и др.
Трамвай марки РВЗ-7 Рижского вагоностроительного завода.К узкоколейному рельсовому транспорту относятся вагонетки – открытые вагоны малой вместимости (0,5–6 м3), используемые на предприятиях и шахтах. По назначению вагонетки подразделяют на грузовые, пассажирские и специальные.
К универсальным, или комбинированным, рельсовым транспортным средствам относится техника, используемая на комбинированном ходу путём внесения в конструкцию транспортных средств дополнительных колёс, взаимодействующих с железнодорожными рельсами, и привода этих колёс. Существуют транспортные средства, изначально сочетающие в себе преимущества автомобильной и железнодорожной техники, они производятся на базе легковых и грузовых автомобилей, тракторов, экскаваторов и др. Такая техника используется для выполнения производственных задач. В этом случае передвижение осуществляется по железнодорожным рельсам, а в обычном режиме – такая техника перемещается по автомобильным дорогам общего пользования. Постановка таких транспортных средств на железнодорожный путь, а также снятие с него осуществляется чаще всего на переездах. Распространённым названием такой техники является локомобиль.
Монорельс – разновидность рельсового транспорта эстакадного типа, где подвеска выполнена без двух несущих рельсов. Монорельсовый состав может преодолевать более сложные и крутые вертикальные уклоны, чем железнодорожный двурельсовый транспорт.
К рельсовым транспортным средствам относят высокоскоростные поезда на магнитной, иногда на воздушной подушке.
Исторический очерк
В историю развития железнодорожного транспорта вошли такие имена, как Дж. Уатт, Н. Кюньо, Р. Тревитик, Дж. Стефенсон, Е. А. и М. Е. Черепановы, Р. Дизель, Ф. А. Пироцкий и др.
Старейшим прототипом железных дорог считается диолк (др.-греч. Δίολκος) – дорога-волок, построенная в 6 в. до н. э. Дорога длиной 6 км, шириной 3–4 м, мощённая каменными плитами с глубокими желобами, в которые помещали деревянные полозья, использовалась вплоть до 9 в. Диолк был усовершенствован при Периандре (7–6 в. до н. э.), что позволило сделать Коринф важным торговым центром между западной и восточной частями Древней Греции.
В 15 в. начали использовать рельсы, по которым с помощью конной или канатной тяги перемещали грузы в рудниках Англии, Ирландии, а также во Франции и России. В середине 16 в. в Германии появился железнодорожный транспорт в виде вагонеток, приводимых в движение лошадьми. Конка (конно-железная городская дорога) как вид общественного транспорта широко применялся до перевода железной дороги на паровую, тепловую, электрическую и канатную тягу.
С 1810 г. использовались чугунные колесопроводы. Успешное применение чугунной железной дороги привело к расширению узкоколейной сети, появились более лёгкие пути, состоящие из чугунных шпал, на которых ставились железные полосы сечением 80/15 см с расстоянием от одной шпалы до другой около 1 м. В 19 в. узкоколейные железные дороги использовались не только для передвижения между сырьевыми базами и промышленными предприятиями, но и для соединения отдалённых районов различных стран с их экономическими центрами.
Широкое использование путевых машин началось в 1930-х гг., когда были созданы первые балластеры, путевые струги, снегоуборочные машины и путеукладчики на железнодорожном ходу. В 1950-х гг. был спроектирован ряд новых машин, таких как путеукладчик на тракторном ходу, электробалластёр, хоппер-дозатор, землеуборочная машина, щебнеочистительная машина.
Современный железнодорожный транспорт начался с изобретения британского инженера Р. Треветика. Самый первый паровоз Puffing Devil был создан им в 1801 г. В 1802 г. Р. Треветик создал паровоз Coalbrookdale для одноимённой угольной компании. Самая известная модель паровоза, которая получила имя Penydarren, была создана в конце 1803 г., однако официальным годом создания считается 1804 г., когда Треветик получил на своё изобретение патент.
Станция «Бейкер-стрит» в Лондоне, открытая в 1863 в составе первой в мире линии метро.Первая в мире железная дорога общего пользования с паровой тягой была построена в Великобритании в 1825 г. В 1830 г. там же начала действовать большая железная дорога. В России первая железная дорога с паровозной тягой была открыта в 1834 г. На ней использовались первые русские паровозы, изготовленные отцом и сыном Черепановыми.
В 1880-х гг. появились поезда, работающие на электричестве, а также первые трамваи и метрополитен. Трамвай является одним из старейших видов городского пассажирского общественного транспорта. До 19 в. существовали конные (конка), пневматические, паровые и бензомоторные трамваи. Конка (конно-железная городская дорога) была предшественником электрического трамвая, широко применявшаяся до перевода железной дороги на паровую, тепловую, электрическую или канатную тягу. Первая в мире конка открылась в Балтиморе (штат Мэриленд, США) в 1828 г. В Сан-Франциско (штат Калифорния, США) в 1873 г. были запущены дороги с трамваями на канатной тяге. Тяга передавалась при помощи каната в жёлобе, который прокладывали между рельсами вдоль пути. Канат приводился в движение паровой машиной. Позже для этого использовались электромоторы. Вагон был снабжён захватным устройством, позволяющим цепляться к канату для движения и отцепляться от него для остановок. Регулирование скорости движения отсутствовало.
В Париже до начала 20 в. использовались пневматические трамваи, которые приводились в движение пневматическим двигателем. В России существовали бензомоторные трамваи. В середине 20 в. применялись дизельные вагоны. Особенно они были распространены в Бельгии, где существовала сеть т. н. местных железных дорог.
Регулярное трамвайное сообщение с использованием первоначальной конструкции электрического трамвая Ф. А. Пироцкого впервые было запущено в Германии в мае 1881 г. В 20 в. в ряде городов широкое распространение получили скоростные трамваи.
В 1820 г. в России создан первый монорельс. В 1821 г., независимо от русского изобретения, британским инженером Г. Палмером изобретён монорельс схожей конструкции. В 1824 г. в Великобритании действующий монорельс использовали на военно-морской верфи для перевозки грузов. Однако большого хозяйственного значения монорельс не приобрёл.
В 1863 г. в Лондоне была построена первая в мире подземная железная дорога (метрополитен), на которой эксплуатировались паровозы с прицепными вагонами. Первая линия длиной 5,6 км эксплуатировалась на паровой тяге. В России первые моторные вагоны на паровой тяге появились в 1873 г.
В 1909 г. Р. Дизель разработал первый тепловоз, однако экспериментальный образец не был запущен в производство. В 1913 г. компания General Electric предложила свой вариант локомотива, работавшего на бензине. В конце 1923 г. General Electric совместно с компанией Ingersoll Rand изготовила демонстрационный тепловоз. Изначально этот тип рельсового транспорта был задействован в маневровых работах. С 1928 г. локомотивы начали использоваться в пассажирских перевозках.
Первые бензомоторные автомотрисы были изготовлены на рубеже 19–20 вв. В 1910–1930-х гг. в ряде стран создавались т. н. аэровагоны – скоростные железнодорожные вагоны, приводимые в движение воздушным винтом авиационного типа. С 1930-х гг. автомотрисы с двигателями внутреннего сгорания стали применяться для пассажирских перевозок на железнодорожных линиях с низким пассажиропотоком.
Начиная с 1940-х гг. паровые локомотивы начали заменять на дизель-электрические.
В 1960-х гг. появились первые электрифицированные высокоскоростные железные дороги с высокоскоростными электропоездами (электровозы, электропоезда). На поездах первого поколения тяговыми электродвигателями были коллекторные постоянного тока. Следующие поколения поездов создавались с синхронными и асинхронными бесколлекторными тяговыми электродвигателями. Для улучшения аэродинамических показателей высокоскоростные поезда проектируются с обтекаемыми формами передней части и минимальным числом выступающих частей. Выступающие элементы, например токоприёмники, оборудуются специальными обтекаемыми кожухами. Для обеспечения высокой выходной мощности поезда оснащаются мощными первичными источниками энергии. Торможение высокоскоростных поездов прежде всего электрическое, на высоких скоростях – рекуперативное, а на низких – реостатное. Современные статические преобразователи позволяют применять рекуперативное торможение на подвижном составе с бесколлекторным тяговым электродвигателем практически во всём диапазоне скоростей.
В 2020-х гг. одной из общемировых тенденций является автоматизация метро. С 2016 г. в 37 городах мира уже существует 55 полностью автоматизированных линий метрополитена. Их общая протяжённость 803 км. К 2025 г. в Азии планируется ввести в строй 33 % от общей протяжённости современных автоматизированных систем метро, 30 % – в Европе и ещё 25 % – на Ближнем Востоке.
Вехи развития рельсового транспорта в России
Наряду с общемировым развитием рельсового транспорта, следует отметить определённые вехи его развития в России. В 1788 г. появилась первая узкоколейная железная дорога для заводского пользования. Механик А. С. Ярцов построил железную дорогу между цехами Александровского пушечного завода в Петрозаводске, на которой использовалась ручная тяга. Чугунный колесопровод с подвижным составом из вагонеток предназначался для перевозки пушек и руды из доменного цеха в сверлильный, где находились вододействующие станки. По рельсам вагонетки двигали рабочие. Направление движущимся колёсам вагонеток придавало приложение гибкого пера остряка перевода. Ширина между внутренними гранями рельсов составляла около 0,8 м.
Первые путевые машины созданы в 18 в. В России они использовались при строительстве рудничных рельсовых дорог. С конца 1840-х гг. на железной дороге Санкт-Петербург – Москва для очистки путей от снега использовался паровоз, оборудованный плугом. В конце 1860-х гг. при строительстве железных дорог отсыпку балласта производили, используя саморазгружающийся полувагон с опрокидывающимся кузовом. В 1879 г. построен первый снегоочиститель. В 1887 г. русский инженер И. Н. Ливчак создал путеизмерительный вагон, который вёл механическую запись состояния пути.
Электрический трамвай, изобретённый Ф. А. Пироцким, впервые появился в Санкт-Петербурге в 1880 г.
В 1820 г. в России создан первый монорельс.
Беспилотный рельсовый транспорт
Развитие беспилотных технологий на железной дороге началось в 1957 г., когда был создан первый экспериментальный комплекс автоведения для пригородных поездов.
Поезда с высокой автоматизацией снабжаются интеллектуальными элементами, необходимыми для обеспечения эффективной работы системы принятия решений при управлении поездом (например, система технического зрения). Система распознаёт объекты и препятствия. Ныне системы технического зрения способны распознавать объекты на расстоянии 600–750 м. Также ведутся работы для увеличения дистанции до 1 км.
В России системы управления и контроля железнодорожного транспорта для перевозок пассажиров включают в себя 5 уровней автоматизации: УА0 – отсутствие автоматизации, УА1 – частичная автоматизация, УА2 – условная автоматизация, УА3 – высокая автоматизация и УА4 – полная автоматизация.
В 2022 г. компания «Российские железные дороги» перешла к испытаниям четвёртого, максимального уровня автоматизации движения электропоезда. Категория четвёртого уровня предполагает полное отсутствие машиниста в кабине. Подвижной состав управляется либо дистанционно оператором-машинистом, либо автоматически. Запуск первых поездов с полной автоматизацией планируется в 2026 гг.
Одна из самых развитых интеллектуальных систем для автоматизации беспилотных поездов принадлежит израильской компании Rail Vision. Системы технического зрения этой компании способны распознавать препятствия на расстоянии до 2 км.
В 21 в. в разных странах мира идёт работа по оснащению поездов интеллектуальными системами и системами технического зрения, которые позволяют управлять поездом в беспилотном режиме. В некоторых странах поезда, работающие на четвёртом уровне автоматизации, уже эксплуатируются. Например, в Западной Австралии курсируют одновременно до 50 беспилотных тяжеловесных поездов. Поезда длиной 2,4 км и массой 28 тыс. т включают в себя 240 вагонов и одновременно 2–3 локомотива. Каждый поезд преодолевает расстояние в 800 км. Погрузка и разгрузка вагонов поезда осуществляются в автоматическом режиме. Ручное управление с участием машиниста используется только при следовании поезда по территории порта.