القطارات المائلة: كيف تأخذ Pendolino المنحنيات بشكل أسرع

مشكلة الانحناء في فيزياء السكك الحديدية

كل مسافر في قطار تقليدي يعرف الشعور بأن يتم دفعه جانباً نحو النافذة أو نحو الممر عندما يدور القطار حول منحنى. هذه القوة الجانبية — القوة الطاردة المركزية، أو بشكل أدق، التسارع الجاذب المركزي الذي يجب أن يفرضه القطار على ركابه لمتابعة المسار المنحني — ليست مجرد غير مريحة. هذه هي القيد الهندسي الأساسي الذي يحد من سرعة القطار بشكل آمن على مسار منحني.

ميل المسار: الحل الأول

معظم مسارات القطارات ليست مستقيمة تماماً حول المنحنيات. بدلاً من ذلك، يتم ميل المسار — يتم رفع السكة الخارجية أعلى قليلاً من السكة الداخلية. هذا الميل (يسمى كان أو رفع) ينقصص جزء من القوة الجانبية بحيث لا يشعر الراكب بقوة جانبية كاملة.

لكن كان وحده له حدود. إذا كان المسار مائل بما يكفي للقطار السريع للركاب، فإن القطار البطيء للبضائع على نفس المسار سيكون غير مستقر — سيبدو أنه ينزلق نحو السكة الداخلية. لا يمكن للمشغلين أن يحيطوا المسار بما يكفي لكل حركة مرور، لذا كان ضده يبقى محدود.

حد كان التنظيمي

معايير السكك الحديدية الأوروبية والآسيوية تحد من كان إلى حوالي 5 إلى 7٪. هذا يعني أن معظم القطارات التقليدية محدودة في السرعة التي يمكنها التعامل معها على منحنى معين بقدر كبير.

الحل: القطارات المائلة

قطار مائل يحل هذه المشكلة برفع القاطرة والعربات جسدياً — لا يميل المسار، بل يميل القطار نفسه. عندما يقترب القطار من منحنى، تحس أنظمة التعليق بسرعة وانحناء المسار وتميل الجسم الكامل للقطار 5 إلى 8 درجات إضافية.

النتيجة: يشعر الراكب بقوة جانبية أقل بكثير حتى عند الدوران بسرعة أعلى. القطار المائل يمكن أن يسافر بسرعة 20 إلى 30 كم/س أعلى من قطار تقليدي على نفس المسار المنحني.

قيود التكنولوجيا المائلة

على الرغم من الميزات، فإن القطارات المائلة لديها عيوب:

• زيادة التعقيد الهندسي والكهربائي والميكانيكي، مما يعني صيانة أكثر باهظة الثمن.
• بعض المسافرين يشعرون بعدم ارتياح من الميل — وإن كان أقل شيوعاً مما تتوقع.
• النظام يقتصر على 5 إلى 8 درجات من الميل بسبب المخاوف الهندسية والسلامة. لا يمكنك أن تميل القطار بكثير أو ستكون هناك مشاكل في الرافعات والقاطع والمعدات الداخلية.

الاستخدام: أيين تجد القطارات المائلة

بعض السكك الحديدية الأوروبية والآسيوية تستخدم القطارات المائلة — خاصة على المسارات الإقليمية المشغولة بمسارات منحنية كثيرة. ستة قطارات Pendolino الإيطالية و Trenitalia هي الأمثلة الرئيسية. بعض قطارات RENFE الإسبانية مائلة. بعض قطارات Passenger Swiss أيضاً.

ومع ذلك، معظم السكك الحديدية الحديثة عالية السرعة لا تستخدم القطارات المائلة. TGV الفرنسي و ICE الألماني يعتمدان على مسارات محسّنة ومهندسة جيدة بدلاً من الميل. Shinkansen الياباني لا يحتاج إلى الميل لأن مساراته عالية السرعة مصممة بمنحنيات واسعة بدقة.

المستقبل

حيث يتم بناء خطوط السكك الحديدية الجديدة، الاتجاه هو نحو مسارات مهندسة بشكل أفضل بدلاً من القطارات المائلة. المسارات الجديدة بمنحنيات محسّنة أقل احتياجاً للميل. لكن على الشبكات القديمة المشغولة حيث لا يمكن تحسين المسارات، القطارات المائلة توفر طريقة عملية لزيادة السرعة بدون إعادة بناء كاملة.