Применение новейших достижений в физике на железной дороге
РЕФЕРАТ
Тема: Применение новейших достижений в физике на железной дороге
ПЛАН
Введение
. Место железнодорожного транспорта в структуре единой транспортной системы РФ
. Развитие железных дорог России
. Технические достижения на железной дороге: проблемы и перспективы применения
а) Скоростные грузовые перевозки
б) Скоростные пассажирские перевозки
в) Ультразвук на страже железной дороги
Заключение
Список литературы
железнодорожный транспорт грузовой пассажирский перевозка
Введение
Транспорт - важнейшая сфера общественного производства. В системе единого хозяйственного комплекса страны транспорт занимает особое место. Транспорт служит материальной основой разделения труда в обществе и осуществляет многообразную связь между производством и потреблением, промышленностью и сельским хозяйством, добывающей и обрабатывающей промышленностью, экономическими районами. Транспорт оказывает большое влияние на развитие и размещение общественного производства и в свою очередь отражает развитие и размещение производительных сил по территории страны.
Железная дорога в современном ее понимании зародилась в начале 19 века, хотя первые колейные дороги существовали еще в древнем Риме. Железные дороги для многих стран быстро стали основным видом транспорта. В течении 19 века и первой трети 20-го века длина сети железных дорог быстро росла.
Железная дорога оказала поистине неоценимые услуги человечеству в развитии цивилизации. Массовые сухопутные перевозки угля, руды, зерна, многих других грузов, а также перевозки пассажиров и сегодня немыслимы без использования железных дорог. С 2000 года во многих странах отмечают 170-летний юбилей железных дорог. Его празднуют в Великобритании, Бельгии, России.
Железные дороги занимают огромное место в жизни России. Появившись в 1837 году, с первой линии Царское Село - Санкт-Петербург, железные дороги стали главным видом грузового и пассажирского транспорта.
В настоящее время Российские железные дороги, управляемые ОАО «РЖД», делятся на 17 дорог-филиалов, общей протяженностью 86,151 тысяч км. По общей протяженности железных дорог Россия уступает многим странам мира. На нас приходится около 12% мировых железных дорог. Однако перевозки у нас интенсивнее, чем где бы то ни было. ОАО «РЖД» выполняет 50% объема мировых грузоперевозок по железной дороге.
Вопреки распространенному мнению о том, что в России сейчас никто не видит никаких перспектив, тем не менее, у ОАО «РЖД» есть перспективное видение развития железнодорожного транспорта. Компания подготовила проект документа: «Основные направления стратегии развития железнодорожного транспорта России на период до 2030 года» <#"center">1. Место железнодорожного транспорта в структуре
Железнодорожный транспорт РФ представляет крупнейшую транспортную систему мира с высокой степенью интенсивности перевозного процесса. Он выполняет 35% мирового грузооборота и около 18% пассажирооборота при наличии 7% протяженности железных дорог мира. Российские железные дороги осуществляют более 2/3 грузооборота и половину пассажирооборота транспорта общего пользования во внутренних сооружениях, в то время как стоимость основных фондов железнодорожного транспорта в транспортной инфраструктуре - 1/3.
Современный уровень организации учета и статистического наблюдения за наличием и использованием основных средств железнодорожного транспорта, перевозки грузов и пассажиров не имеет аналогов в других хозяйственных отраслях России. Эксплутационная длина путей сообщения в 2003 г. составила по железнодорожному транспорту - 158,1 тыс. км, в том числе общего пользования - 86,8 тыс. км, не общего пользования - 71,3 тыс. км.
В России насчитывается 508 вокзалов, из которых 45 относятся к внеклассным, то есть самым крупным и важным.
Для железнодорожного транспорта характерен постоянный рост грузовых и пассажирских перевозок, который значительно отражает увеличение протяженности сети железных дорог. В структуре перевозок железнодорожного транспорта преобладают грузовые перевозки. Номенклатура перевозимых по железным дорогам грузов насчитывает несколько тысяч наименований, но ведущее место занимают 8 групп массовых грузов, на долю которых приходится около 80% грузооборота. К этим грузам относятся: каменный и коксовый уголь, черные металлы, нефтяные, лесные, хлебные, руда всякая, минеральные строительные материалы, минеральные удобрения.
Значение железнодорожного транспорта в удовлетворении транспортных потребностей хозяйства и населения определяется такими свойствами и особенностями этого универсального вида транспорта, как: возможностью сооружения эксплутационных дорог в любом направлении и в любом районе страны; обеспечение устойчивых связей между районами; высокой пропускной и провозной способностью; высокой его регулярностью, независимостью железнодорожного транспорта от времени года, времени суток, погодных условий; возможностью создания удобной прямой связи между крупными предприятиями, что сокращает число дорогостоящих перевозок грузов; более коротким путем перевозки грузов по сравнению с водным транспортом; способностью перевозить самые разнообразные грузы и выполнять массовые перевозки грузов и пассажиров с большой скоростью; невысокой себестоимостью перевозок.
К недостаткам железнодорожного транспорта следует отнести значительную потребность в капиталовложениях и трудовых ресурсах. Кроме того, железнодорожный транспорт является крупным потребителем металла (на 1 км магистральной линии требуется 130-200 т металла не считая подвижного состава).
Можно с уверенностью утверждать, что все будущее развитие экономики и общества в России будет так или иначе связано с развитием железных дорог.
2. Развитие железных дорог России
Компания ОАО «РЖД» подготовила проект документа: «Основные направления стратегии развития железнодорожного транспорта России на период до 2030 года» <#"center">3. Технические достижения на железной дороге:
проблемы и перспективы применения
В мировой практике постепенно происходит все более масштабный переход к скоростному движению и процесс перехода на перевозки грузов в унифицированной таре, то есть в контейнерах. Технологии железнодорожных перевозок в мире подошли к тому порогу, когда будут созданы принципиально новые технологии скоростных перевозок грузов в контейнерах. Как только это произойдет, ОАО «РЖД» лишится всех своих конкурентных преимуществ.
Нисколько не отрицая ни истории, ни выдающихся достижений, ни огромного опыта российских железных дорог, все же нужно сказать, что пора делать новые шаги вперед в развитии железнодорожных технологий.
а) Скоростные грузовые перевозки
ОАО «РЖД» рассчитывает в своем плане развития на рост контейнерных перевозок, справедливо полагая, что за перевозками этой категории грузов будущее. Контейнер появился в результате опытов американского экспедитора Малькольма Маклина, который в 1956 году заказал первые 58 20-ти футовых контейнеров, переоборудовал старый танкер в контейнеровоз и совершил первую контейнерную перевозку из Ньюарка и Хьюстон. С тех пор перевозки грузов в контейнерах бурно развивались и заняли очень серьезную долю в общем объеме перевозок.
Недавно идея перевозок грузов в унифицированной таре сделала шаг вперед, и появились контейнеры для перевозок не только штучного груза, но и жидких грузов. Инженеры стоят на пороге разработки принципиально новой технологии перевозок.
С момента возникновения железных дорог в 1825 году и до сегодняшнего дня, железные дороги достаточно мало изменились в области основных, базовых технических идей. Первый поезд возник как состав из вагонеток, который тянул паровоз Стефенсона. Нынешние поезда также представляют собой в принципиальной идее вагонетки с локомотивом во главе. Конечно, современная железная дорога - это хорошо развитый вид транспорта, и технический уровень отрасли достаточно высок. Дорога обладает несколькими десятками видов специализированных вагонов, с большой грузоподъемностью, мощной локомотивной тягой, электрической или дизельной, развитой системой управления движением.
Но речь идет о базовой технической идее поезда. Современный грузовой вагон представляет собой тару для груза, различную по конструкции в зависимости от его специфики, которая жестко соединена с двумя колесными тележками. В зависимости от конструкции вагона и его грузоподъемности используются 4-х осные и 8-ми осные вагоны (цистерны вместимостью 120 тонн), а раньше использовались 2-х осные вагоны (в СССР исключены из использования в 1965 году). Вагон оборудован приспособлением для сцепки с другими вагонами и локомотивом, а также системой торможения. Эта схема применяется и по сей день, даже в наиболее совершенных вагонах.
Другой принципиальной технической идеей является разделение локомотива и вагонов. С самого начала существования железных дорог существовало противопоставление тяги и вагонного хозяйства, которое выразилось во множестве моментов организации железных дорог, например, отдельных вагонных и локомотивных депо. Несмотря на то, что тяга постоянно совершенствовалась, тем не менее принципиальное разделение оставалось.
Но в середине ХХ века было выработано несколько новых идей. Одна из них уже упомянута - унифицированная тара для груза или контейнер. В 1954-1959 годах в СССР был разработан проект моторвагонных поездов для пассажирского сообщения, в которых электродвигатели были установлены на раме тележки. В 1961 году были выпущены первые три состава ЭР7, которые эксплуатировались на Горьковской железной дороге. Моторвагонные поезда впервые разрушили жесткое противопоставление вагонов и локомотивов, открыв тем самым путь к новой технологии.
Иными словами, постепенно созревает идея разделения тары для груза и вагона, и слияния вагона и локомотива. Опираясь на эти технические идеи и уже имеющиеся технологии, можно создать новую систему грузовых перевозок, в которой груз в унифицированной таре - контейнерах будет перевозиться на поезде, состоящем из моторвагонов. Такой поезд будет сильно напоминать электрички, только гораздо длиннее, мощнее, и вместо пассажирских вагонов будут платформы с контейнерами. Этот поезд можно сделать скоростным и разогнать его до 200 км/час и более.
Контейнеры и поезда должны быть оборудованы унифицированными системами крепления контейнеров к платформам, причем таким, чтобы закреплением можно было управлять дистанционно или даже в автоматическом режиме. Это могут быть электромеханические или электромагнитные крепления.
Переход на использование такого рода железнодорожного транспорта ставит задачи серьезных, коренных изменений в погрузочно-складском хозяйстве железнодорожных станций. Сегодня на крупных станциях заведено большое хозяйство, состоящее из нескольких десятков путей, сортировочной горки, с помощью которой состав расцепляют и растаскивают, и парка маневровых локомотивов. Строились даже специальные сортировочные станции, которые занимались формированием и расформированием составов. Вагоны разгружаются и загружаются в специальных парках, терминалах, опрокидывающих устройствах. Нынешняя система для новой технологии совершенно не пригодна, потому что слабое развитие технологий погрузки грузов и их обработки низведет на «нет» все преимущества от скоростного движения.
Во-первых, нужно отказаться от тупиков и запасных путей для погрузки и разгрузки. Грузовой терминал станции не должен быть тупиковым, и должен позволять поезду немедленно отправиться после завершения операций.
Во-вторых, технология погрузки и разгрузки поезда должна быть автоматизирована и роботизирована настолько, чтобы стоянка поезда под операциями не превышала 15-20 минут.
В-третьих, оборудование терминала должно позволять снять с поезда любой контейнер и поставить вместо него другой, что подразумевает возможность ведения операций на всей длине поезда. В таких условиях использование каров или подобной техники невозможно. Вместо них нужны краны. Лучше всего подойдут мостовые краны, с возможностью перемещения вдоль состава.
Процесс погрузки и разгрузки поезда можно описать следующим образом. Поезд останавливается в терминале. Система обработки данных проводит анализ маркировки контейнеров, определяет количество и положение подлежащих разгрузке контейнеров на поезде и определяет контейнеры на терминале, которые будут погружены вместо них.
Крепления контейнеров освобождаются, краны, пользуясь специальной маркировкой, захватывают нужные контейнеры и переносят их на транспортеры терминала, затем захватывают поданные терминалом контейнеры и ставят на поезд. Крепления контейнеров закрепляются, и после проверки поезда и подачи сигнала, поезд отправляется дальше. Снятые с поезда контейнеры обрабатываются в терминале и отправляются грузополучателям. Все остальные процессы разгрузки или погрузки тары происходят вне железной дороги и не расходуют ни времени, ни пропускной способности транспорта.
Это, конечно, весьма радикальная идея, которая потребует большой работы инженеров, серьезного переоборудования железных дорог, изменений в производстве железнодорожной техники. Но развитие в этом направлении позволит ОАО «РЖД» вырваться далеко вперед, обогнав железные дороги других стран, которые считают, что скоростное движение подходит только для пассажирских перевозок. Скоростные перевозки грузов в контейнерах позволят российским железнодорожникам осуществить свою давнюю мечту о контейнерном транзите и взять грузы у морского транспорта.
б) Скоростные пассажирские перевозки
октября 1964 года от Токийского вокзала отошел новый скоростной поезд «Синкансэн» (буквальный перевод «Новая магистраль»). На пути в Осаку поезд развил скорость в 140 км/ч, и прибыл в конечный пункт через четыре часа после отправления, преодолев за это время 552,6 километров. С тех пор поезда «Синкансэн» стали своего рода визитной карточкой Японии, отлично вписавшись в японские пейзажи, систему пассажирских перевозок и экономику страны. Теперь поезда значительно улучшились, и новейший образец N-700, испытанный в июле 2005 года, развивает скорость до 300 км/ч. Линии скоростных поездов протянулись по всему острову Хонсю, от Токио до Мориока на севере, до Фукуока на юге и до Ниигаты на западе. Общая протяженность линий - 2153,9 километров.
Строительство скоростной железной дороги внесло большой вклад в развитие японской экономики. Большинство наукоградов и центров высоких технологий на острове Хонсю возникали на линии «Синкансэн». Эта скоростная железная дорога обеспечивала связь между городами и научными центрами, способствуя высокой деловой и исследовательской активности.
В нынешней России, с ее беспредельными расстояниями, проблема пассажирского сообщения стоит гораздо острее, чем в Японии и вообще, где бы то ни было. Между крупными городами большие расстояния, а пассажирские поезда идут со средней скоростью в 50 км/час. ОАО «РЖД» понимает эту проблему медленных поездок, и потому записало в свой план задачу повышения средней скорости пассажирского движения на 15 км/час и развития скоростного движения.
ОАО «РЖД» выбрало для развития скоростного пассажирского транспорта наиболее выгодные направления, с наибольшим пассажирооборотом. Эту логику понять можно, поскольку компания желает, чтобы крупные инвестиции быстро вернулись. Но это коммерчески верное решение, тем не менее, неверно с точки зрения стратегического развития пассажирского транспорта.
ОАО «РЖД» воспроизводит характерную радиальную структуру пассажирских перевозок, в которой для того, чтобы проехать из Владивостока в Петербург, нужно делать пересадку в Москве. Это легко увидеть в плане развития скоростного движения, указанного в стратегии развития железных дорог до 2030 года. Но скоростной пассажирский поезд должен решать другую задачу - давать возможность проехать страну из одного конца в другой без пересадок и с минимальными затратами времени.
С точки зрения такой задачи, строительство высокоростных магистралей Санкт-Петербург - Москва и Москва-Адлер бессмысленно, поскольку экономия времени на скорости движения будет тут же растрачена на пересадку в Москве, на которую сейчас уходит иной раз до 12 часов.
Но еще хуже положение в восточных регионах России. Вот где видны все недостатки пассажирского транспорта. Пассажирский поезд идет от Екатеринбурга до Иркутска 52 часа 45 минут, то есть более двух суток. На поездку туда и обратно нужно выделять по меньшей мере неделю, что доступно далеко не каждому человеку.
октября 1966 года от Ярославского вокзала Москвы отправился первый поезд №1/2 «Москва - Владивосток». Он курсирует уже более 40 лет и преодолевает 9259 км за 147 часов 38 минут, то есть чуть болле чем за шесть суток. Если житель Владивостока хочет попасть от берегов Японского моря к берегам Балтийского моря, то он должен добавить еще сутки, которые уходят на пересадку в Москве и путь до Санкт-Петербурга. Если нужно добраться до берегов Черного моря, то нужно добавить еще двое суток на пересадку и дорогу. Попытка проехать страну из конца в конец потребует больше недели только на дорогу в одну сторону.
При всех достоинствах плана развития железных дорог, тем не менее, решения этой задачи сокращения времени, необходимого для перемещения по стране, там не предложено. Пока что ОАО «РЖД» практически ничего не сделало для этого, если не считать введения частного поезда «Золотой Орел Транссибирский экспресс», который будет в роскошных вагонах возить богатых туристов.
Безусловно, стратегия развития высокоскоростного пассажирского движения требует детальной доработки. Но в качестве пилотного проекта в деле создания новой системы скоростных пассажирских перевозок можно предложить создание магистрали Екатеринбург - Иркутск. Расстояние между ними по железной дороге - 3373 километра. Скоростная магистраль, проложенная вдоль существующей железной дороги соединит Екатеринбург, Тюмень, Ишим, Омск, Новосибирск, Ачинск, Красноярск, Нижнеудинск, Иркутск. Скоростной поезд при скорости 270 км/ч пройдет это расстояние за 12 часов 25 минут, то есть вчетверо быстрее, чем современный пассажирский поезд. На этой трассе будет 30 станций, и средняя длина перегона составит 108 км.
Стоимость подобного проекта, по предварительным подсчетам, может составить около 22 млрд. долларов. Строительство такой дороги в Сибири позволит резко увеличить привлекательность регионов для жизни, что идет в курсе политики, объявленной президентом, позволит дать мощный импульс сибирской экономике, а также позволит увидеть эффект от строительства скоростной дороги в практически чистом виде.
Две акустические волны "пообщаются" между собой, и появится третья - совсем не похожая на "родителей". Она-то и сообщит о том, что в объекте - например, колесе поезда или опоре моста появилась крошечная трещина, грозящая со временем вырасти в большую проблему. Приблизительно так работает первый, пока лабораторный образец прибора, созданного недавно учеными Нижнего Новгорода при поддержке РФФИ и Фонда содействия развитию МП НТС.
В настоящее время мы восхищаемся блистательными достижениями науки и техники. Только обходчик с железным молоточком на длинной ручке по-прежнему ходит вдоль составов, как когда-то его предшественник - вдоль поездов Императорской железной дороги, внимательно простукивая и прослушивая каждое колесо. Причем нельзя сказать, что высокие технологии область эту обошли стороной. Найти трещинки в колесах, да и вообще в металлических конструкциях, можно и вполне современными методами, а не на слух. Только вот самые эффективные приборы обычно и самые громоздкие, а компактные, наоборот, не слишком чувствительны. Например, для рентгена или "сквид"-микроскопа найти трещину или пропущенную при отливке колеса раковину - пара пустяков. Но это довольно сложно и очень дорого. А ультразвуковые приборы позволяют выявить только довольно крупные дефекты, поскольку небольшие и сигнал дают малой интенсивности. Так что обнаружить дефект на ранней стадии не удается.
Свое решение проблемы предлагают ученые из Нижнего Новгорода - сотрудники Института прикладной физики РАН. Созданный ими при поддержке РФФИ и Фонда содействия развитию МП НТС компактный и недорогой прибор, собранный из отечественных деталей, находит микроскопические трещины в колесах поезда, лопатках турбин и опорах мостов быстро и эффективно.
Устройство, парадное название которого - система акустического неразрушающего контроля, основано на использовании нелинейных акустических эффектов. Проще говоря - на том факте, что, встретив на своем пути небольшие разрывы сплошности, то есть трещины или подобные им дефекты, две правильно выбранные акустические волны возбудят третью - со своими собственными, отличающимися от исходных, параметрами.
"Собственно принцип, на котором основано действие нашей системы, достаточно хорошо известен, - говорит руководитель работы ведущий научный сотрудник Вениамин Назаров. - Трудно было реализовать его в приборе с разумными рабочими характеристиками. Нам это удалось. Лабораторный образец нашей системы мы спроектировали и изготовили вместе с коллегами, сотрудниками малого предприятия ООО НТЦПИ "Гран". Установку мы уже опробовали - и в лаборатории, и, что называется, в жизни, в вагоно-колесной мастерской Горьковской железной дороги. Железнодорожники ее одобрили - работает быстро, чутко, информативно, и помех не боится. Теперь речь идет уже и о промышленном выпуске. Во всяком случае, мы конструкцию промышленной установки разработали".
Заключение
Железные дороги в настоящее время - основное звено в транспортной системе хозяйства страны. Их удельный вес в общих грузовых перевозках постоянно увеличиваются. По сравнению с другими отраслями хозяйства железнодорожный транспорт имеет существенные особенности. Его эффективность обусловлена общей технологией. Это позволяет координировать усилия множества участников перевозочного процесса, руководить эксплуатационной деятельностью на все железнодорожной сети.
Сегодня железные дороги - один из самых надежных и доступных видов транспорта. Надежная работа отрасли - необходимое условие сохранения единого экономического пространства и целостности государства, расширения международных экономических связей.
Если железнодорожный транспорт будет идти в ногу с развитием технического прогресса, то эта отрасль долго еще останется одной из основных отраслей хозяйства. Пример тому - поистине ренессанс, переживаемый железными дорогами благодаря появлению высокоскоростных специализированных пассажирских линий, на которых достигаются скорости 300-350 км/ч и более. Пассажиры предпочитают их реактивным самолетам! В Европе, Азии, Америке создана целая сеть таких дорог. Ожидают своей очереди поезда на магнитной подушке, скорости которых могут достигать 600-700 км/ч. Совершенствуются и грузовые перевозки. Специализированные грузовые вагоны, ускоренные поезда с высокой точностью доставки грузов, четкое взаимодействие с морским, речным, автомобильным транспортом обеспечивают дополнительные преимущества в использовании железных дорог.
Реализация ряда технических решений, смелых проектов и инициатив, предпринятых железными дорогами в последнее время, подтверждает способность железнодорожного транспорта к своевременной адаптации. Железная дорога оказалась способной впитывать последние достижения научно-технического прогресса, будь то лазерная техника или спутниковая связь, компьютерные системы, принципиально новые материалы.
Оптимизм при взгляде будущее вселяет и то, что по сравнению с другими транспортными средствами железные дороги значительно полнее отвечают возросшим экологическим требованиям, обеспечивают экономное использование невосполняемых энергетических ресурсов, в большей степени соответствуют требованиям безопасности перевозок.
Велика роль железных дорог в поддержании более тесных контактов между странами. Железнодорожный транспорт является важным средством взаимодействия социальных и экономических структур мирового сообщества.
Список литературы
1. Верхотуров Д. Железные дороги России: настоящее и возможное будущее / Агентство политических новостей. М., 2007.
. Воронин В.В. Экономическая география РФ. Изд. «Самарская государственная экономическая академия». Самара, 1997. с. 327.
. Громов И.Н. Единая транспортная система. Изд. «Транспорт» М., 1989. с. 165.
. Попова Л. По единой колее - к единому пространству. Экономика и жизнь. М., 2009. № 39. с. 12.
. Павлов В.П. Железнодорожная статистика // Железнодорожный транспорт. Изд. «Транспорт». М., 2005. № 7. с.48.
. Стрельцов А. Отрасль в пути. Экономика и жизнь. М., 2006. № 1. с. 10.