हाई-स्पीड रेल कैसे काम करती है: 300 km/h के पीछे की इंजीनियरिंग

300 किमी/घंटा के पीछे इंजीनियरिंग

उच्च-गति रेल पृथ्वी पर सिविल और मैकेनिकल इंजीनियरिंग के सबसे मांग वाले अनुप्रयोगों में से एक है। 300 किमी/घंटा से ऊपर की गति को बनाए रखने के लिए सिस्टम के हर तत्व को - ट्रैक, ट्रेन, पावर सप्लाई, सिग्नलिंग, और संचालन - असाधारण सटीकता के साथ एक साथ काम करना चाहिए। यह समझना कि यह सब कैसे फिट होता है, यह प्रकट करता है कि उच्च-गति रेल पारंपरिक यात्री रेल से कितना अलग है, और यह क्यों समर्पित बुनियादी ढांचे की मांग करता है।

ट्रैक ज्यामिति: गति की नींव

ट्रेन की गति पर सबसे महत्वपूर्ण बाधा ट्रैक की ज्यामिति है। उच्च गति पर, वक्र आलोचनात्मक हो जाते हैं। एक पारंपरिक रेलवे वक्र जो 100 किमी/घंटा पर पूरी तरह से आरामदायक महसूस करता है, 300 किमी/घंटा पर खतरनाक हो जाता है क्योंकि यात्रियों और उपकरण पर यह पार्श्व अभिकेंद्रीय बल को चलाता है।

उच्च-गति लाइनें दो तकनीकों के माध्यम से इसे संबोधित करते हैं। पहला, वक्रों को पारंपरिक लाइनों की तुलना में बहुत अधिक धीरे-धीरे बनाया जाता है। जबकि एक क्लासिक रेलवे 500 मीटर की वक्र त्रिज्या का उपयोग कर सकता है, 300 किमी/घंटा के लिए डिज़ाइन की गई एक लाइन आमतौर पर 4,000 मीटर की न्यूनतम वक्र त्रिज्या की आवश्यकता होती है, और 350 किमी/घंटा के संचालन के लिए 7,000 मीटर या अधिक। यह मार्गों को लंबी, झूलने वाली पंक्तियों की ओर ले जाता है जिनके लिए अक्सर महत्वपूर्ण सिविल इंजीनियरिंग कार्य की आवश्यकता होती है - कटिंग, Embankments, Viaducts, और सुरंगें - भूभाग के बावजूद कोमल वक्रता बनाए रखने के लिए।

दूसरा, वक्रों को बैंक किया जाता है, एक तकनीक जिसे superelevation या cant कहा जाता है। बाहरी रेल को आंतरिक रेल के सापेक्ष उठाया जाता है ताकि गुरुत्वाकर्षण आंशिक रूप से अभिकेंद्रीय बल का प्रतिकार कर सके। उच्च-गति लाइनें 180 मिमी तक cant मान का उपयोग करते हैं, ध्यान से ट्रैक को झुकाते हैं। फिर भी, अकेले cant 300 किमी/घंटा पर पूर्ण बलों की भरपाई नहीं कर सकता - जो बिल्कुल कसकर वक्रों से पूरी तरह से बचा जाना चाहिए क्यों है।

Gradients को भी सावधानीपूर्वक इंजीनियर किया जाता है। जबकि पारंपरिक माल ट्रेनें gradients को लगभग 1% तक सीमित करते हैं, उच्च-गति यात्री लाइनें स्टीपर grades को सहन कर सकते हैं - कुछ मामलों में 3.5% तक - क्योंकि उनके शक्तिशाली विद्युत कर्षण भारी माल ट्रेन को अटका देते हैं।

समर्पित लाइनें बनाम मिश्रित ट्रैफिक

सच्ची उच्च-गति रेल की परिभाषित विशेषताओं में से एक यह है कि यह समर्पित बुनियादी ढांचे पर चलती है। धीमी माल ट्रेनों या क्षेत्रीय सेवाओं के साथ ट्रैक साझा करना कई कारणों से 300 किमी/घंटा के संचालन के साथ असंगत है।

माल ट्रेनें भारी हैं, और भारी एक्सल लोड ट्रैक को तेजी से नुकसान पहुंचाते हैं। उच्च-गति लाइनें बहुत कड़े सहनशीलता के लिए निर्मित होते हैं - सिर्फ कुछ मिलीमीटर से संरेखित रेल गति पर अस्थिरता का कारण बन सकता है। भारी माल को चलाना उन सहनशीलता को तेजी से कम करेगा। अतिरिक्त रूप से, माल ट्रेनें धीमी हैं, और एक 300 किमी/घंटा की एक्सप्रेस और 60 किमी/घंटा की माल ट्रेन के बीच गति अंतर गंभीर शेड्यूलिंग समस्याएं बनाता है जो लाइन क्षमता में नाटकीय रूप से कमी करता है।

कुछ देश, विशेष रूप से जर्मनी और इटली, high-speed mixed लाइनें बनाई हैं जहां उच्च-गति यात्री ट्रेनें और कभी-कभी माल पारिवारिक हैं, लेकिन सीमाओं के साथ: माल रात को चलता है, निम्न गति पर, और एक्सल लोड प्रतिबंधों के साथ। जापान, फ्रांस, और चीन ने पूरी तरह से समर्पित लाइनों का शुद्धतर दृष्टिकोण लिया है, जो सख्त शेड्यूलिंग और उच्च क्षमता की अनुमति देता है।

पावर सिस्टम: 25 kV AC ओवरहेड

आधुनिक उच्च-गति ट्रेनें विद्युत रूप से एक catenary नामक एक ओवरहेड संपर्क तार के माध्यम से संचालित होती हैं। नई उच्च-गति लाइनों के लिए उद्योग मानक 50 Hz पर 25 किलोवोल्ट प्रत्यावर्ती धारा (AC) है। इस उच्च वोल्टेज को दक्षता के लिए चुना जाता है: उच्च वोल्टेज पर शक्ति को संचारित करने का मतलब कम वर्तमान है, जिसका अर्थ तारों में कम ऊर्जा खोई गई और हल्का, सस्ता cabling है।

उदाहरण के लिए, एक Shinkansen N700 श्रृंखला ट्रेन, पूर्ण शक्ति पर लगभग 12 मेगावाट बनाता है - मोटे तौर पर एक छोटी विद्युत स्टेशन का आउटपुट। ट्रैक के ऊपर तारों के माध्यम से इतनी ऊर्जा को संचारित करने के लिए catenary प्रणाली और ट्रेन के pantograph (स्प्रिंग-लोडेड आर्म जो तार को संपर्क करता है) दोनों की सावधानीपूर्वक इंजीनियरिंग की आवश्यकता होती है। 300 किमी/घंटा पर, pantograph तार के सापेक्ष गति में है, और लगातार संपर्क को बनाए रखने के लिए बाउंसिंग या चाप के बिना परिष्कृत निलंबन डिजाइन की आवश्यकता होती है।

पुरानी प्रणालियां, विशेष रूप से कुछ यूरोपीय देशों में, विभिन्न voltages का उपयोग करते हैं - जर्मनी और ऑस्ट्रिया में 15 kV AC, इटली और बेल्जियम में 3 kV DC, फ्रांस और नीदरलैंड में 1.5 kV DC। यह विरासत पैचवर्क एक कारण है कि सीमा-पार ट्रेनों को बहु-प्रणाली क्षमता की आवश्यकता होती है।

Aerodynamics: गति के लिए ट्रेन को आकार देना

वायु प्रतिरोध 250 किमी/घंटा से ऊपर गति पर ऊर्जा खपत में एक प्रमुख कारक बन जाता है। एक ट्रेन एक गोल नाक डिजाइन के साथ aerodynamically आकार होता है, एक ढलान वाली पूंछ, और ट्रांजिशन सेगमेंट वायु प्रतिरोध को कम करता है। TGV, Shinkansen, और अन्य उच्च-गति ट्रेनें सभी विशिष्ट नाक आकार रखते हैं जो न्यूनतम drag के लिए अनुकूलित होते हैं, न कि केवल सौंदर्यशास्त्र के लिए।