تحقیق در مورد حمل و نقل سریع ریلی

word قابل ویرایش
43 صفحه
9700 تومان
97,000 ریال – خرید و دانلود

حمل و نقل سریع ریلی

– کلیات
۱-۱- مقدمه :
چشم اندازی به جهان، نشان می دهد که توسعه هوشمندانه، شکل دهنده مطالعات و تحقیقات حمل و نقل ریلی در کشورهای پیشرفته بوده است. در قرن بیستم تقریباً همگی مطمئن بودند که جایگزینی برای غول هواپیما در صنعت حمل و نقل مسافری پیدا نخواهد شد. البته این نگرش، امروزه، مغلوب تحولات شگرف حمل و نقل ریلی است که برای سومین سال از قرن بیست و یکم، رشد فناوری در این بخش شتاب ویژه ای به خود گرفته است و هر لحظه آشکارتر می سازد که محاسبات امکان سنجی این نوع از حمل و نقل، تا چه حدی برای دوستداران کره زمین، سودآور است. در حمل و نقل بین شهری، کیفیت هر یک از سیستمهای حمل و نقل، با توجه به توان رقابتی هر یک، با سایر سیستم ها ارزیابی می شود . این توان با توجه به مزایای حمل و نقل ریلی در مصرف کم انرژی، سرعت مناسب، ایمنی و آلودگی کمتر همراه با ظرفیت بیشتر در حمل و نقل مسافر و بویژه حمل و نقل بار اهمیت پیدا می کند.

در گذشته، زمانی که برای اولین بار سیستم راه آهن مطرح شد، استقبال از این سیستم بسیار زیاد بود. با ورود هواپیما و وسیع شدن اتوبانها، کم کم ، راه آهن ، جایگاه خود را از دست داد. اما به تدریج با شلوغ شدن کریدورهای هوایی و اتوبانها، کشورها به استفاده از راه آهن، برای استفاده از مزایای بسیار زیاد آن روی آوردند.

در کنار این شرایط، رشد بسیار سریع فن آوری حمل و نقل ریلی، برتریهای این سیستم را در حمل و نقل بار و مسافر، نشان داده است. افکار عمومی دوباره به این بخش توجه ویژه ای نشان دادند. در حال حاضر میزان توان رقابتی این سیستم بطور کامل وابسته به سطح فن آوری سیستم است و در دنیای امروز، داشتن فن آوری سیستم حمل و نقل ریلی به یک بحث راهبردی تبدیل شده است.

عدم وابستگی به شرایط جوی، مصرف کم انرژی، سرعت و ایمنی، جزء ویژگیهای موروثی این بخش است. فن آوریهای جدید سیستم از قبیل بهره گیری از سیستمهای کنترل اتوماتیک (CTC) جهت افزایش ضریب ایمنی، جایگزین کردن انرژی برق بجای سوختهای فسیلی و هدایت و افزایش سرعت و کم شدن حجم ترافیک خطوط، تحولی عظیم در این صنعت پدید آورده است. ورود سیستمهای مغناطیسی که سرعت قطارها را تا ۵۵۰ کیلومتر در ساعت، افزایش داده است، به یقین، انقلابی در صنعت حمل و نقل ریلی است. خطوط مغناطیسی ایالات متحده، شینکانسن ژاپن و TGV فرانسه همه نشان دهندهرشد و اقبال گسترده از

این تحولات هستند.میزان مصرف انرژی حمل و نقل جاده ای در حمل به ازای هرتن – کیلومتر، ۲۰ درصد کیلومتر در ساعت است. در صورتی که همین مقیاس برای سیستم ریلی در حمل کالا به ازای هر تن – کیلومتر، ۶ درصد برآورد شده است. این شرایط در بحث آلودگی هوای محیط هم قابل بررسی شده است. هوایی که حمل و نقل جاده ای به ازاء هر مسافر – کیلومتر، آلوده می کند، با متوسط ظرفیت مسافر، ۹۶ گرم است در صورتیکه در بخش ریلی به ازاء هر مسافر – کیلومتر با ۳۵ درصد ظرفیت نهایی، ۲٫۱۱ گرم برآورد شده است.

۱-۲- ادبیات فنی
۱-۲-۱- حمل و نقل سریع ریلی (تعریف)
در مورد حمل و نقل ریلی سریع، دو مفهوم بسیار مهم وجود دارد که کاملاً زیربنایی هستند؛ قطارهای سریع السیر و خطوط سریع السیر؛ گاهی اوقات یک سیستم حمل و نقل، دارای خطوطی است که قابلیت عبور سریع قطارها را دارند ، ولی به علت نبود قطارهای سریع، این سیستم، سریع السیر یا high speed نیست، زیرا سرعت سیر مسافرین در این سیستم پایین است. در عوض در مواقعی، گرچه خطوط موجود سیستم، خطوط معمولی هستند، ولی قطارهایی طراحی شده اند که از این خطوط با سرعت بالا، عبور می کنند؛ مانند قطارهای TGV فرانسه که برروی خطوط معمولی با سرعت بسیار بالا در رفت و آمد هستند.

به هر حال هدف ما از این تحقیق، مطالعه قطارهایی است که توانایی حرکت سریع را دارا هستند. خواه این قطارها برروی ریلهای معمولی حرکت کنند و خواه دارای خطوط (ریل و زیرسازی) خاص باشند.

۱-۲-۲- قطار سریع (تعریف)

برای قطار سریع، براساس سرعت آن، دو تعریف وجود دارد؛ بعضی، قطارهایی را که سرعت آنها بیش از ۱۰۰mph (160 کیلومتر در ساعت) است را قطارهای سریع می دانند و برخی این حد نصاب را ۲۰۰ کیلومتر در ساعت می دانند. ولی عمده نظرات بر این است که قطار با سرعت سیر بیش از ۱۶۰ کیلومتر را قطار سریع می دانند [۲۹]
۱-۲-۳- قطار بسیار سریع (تعریف)
قطاری را بسیار سریع می خوانند که بتواند با سرعت بیش از ۳۰۰ کیلومتر در ساعت (۱۸۶mph) حرکت کند.
بر طبق جدول صفحه بعد، کشورهای ژاپن و فرانسه، و اخیراً آمریکا و آلمان در زمره کشورهای دارای قطارهای بسیار سریع هستند.

۱-۳-سریعترین قطارها: [۳۰]
• سریعترین قطار رسمی (تحت سرویس) قطار TGV-A سری ۳۲۵ است (از فرانسه)که در ۱۸ می ۱۹۹۰ به سرعت ۵۱۵٫۳ کیلومتر در ساعت دست یافت.
• سریعترین لوکوموتیو بخار، A4 Class Gresley pacific بود که در ۳ جولای ۱۹۳۸، در بریتانیا سرعت ۲۰۲ کیلومتر در ساعت (۱۲۶ mph) رسید.
• سریعترین قطار دیزل، قطار تالگو XXI از اسپانیا بود که در ۱۲ ژوئن ۲۰۰۲ به سرعت ۱۶۰mph (257.5 کیلومتر در ساعت) رسید.
• سریعترین قطار گازی (قدرت توربین گازی)، قطار TGV001 بود که در هشتم دسامبر ۱۹۷۲ در فرانسه با سرعت (۱۹۹ mph) 318 km/h حرکت کرد.
• سریعترین قطار Maglev یا بالشتک مغناطیسی (manned)،‌قطار MLX01 بود که در ژاپن در ۱۴ آوریل ۱۹۹۹ به سرعت حرکت ۵۵۲ کیلومتر در ساعت (۳۴۵mph) رسید.

• سریعترین قطار، بین دو ایستگاه، قطار Nozomi سری ۵۰۰ در ژاپن است که در مارس ۱۹۹۷ با سرعت متوسط ۲۶۲ کیلومتر در ساعت در حرکت بود.
• سریعترین پیمایش ۱۰۰۰km، مربوط به قطار TGV شمال فرانسه است که در ۲۶ می ۲۰۰۱ با سرعت میانگین ۳۱۷٫۵ کیلومتر در ساعت حرکت کرد.
نکته جالب در مورد رکوردهای سرعت، سرعت ۱۰۳۰۰ کیلومتر در ساعت است که بوسیله یک وسیله ریلی در سی ام آوریل ۲۰۰۳ رکوردگیری شده است. البته این وسیله کاملاً آزمایشی بود و جنبه تحقیقاتی داشته است ولی می تواند آینده سرعت قطارها را به روشنی تصویر کند و سرعتهای نزدیک به هواپیما را قابل دستیابی نشان دهد.

نکته جالب دیگر این است که در انتهای کاربرد هر یک از اشکال نیرو اعم از بخار، توربین گازی، موتور دیزل و …، این قطارها، به سرعت یک قطار سریع السیر دست یافته اند که این نشان دهنده عقب ماندگی ما از این کاروان می باشد.
در ادامه، به بحث در مورد ضرورت وجود قطارهای سریع السیر می پردازیم و منافع حاصل از سرعت بالا را برمی شمریم.

۱-۳- منافع اجتماعی – اقتصادی سیستم ریلی سریع
از جمله منافع قطارهای سریع، عبارتند از :

• افزایش ایمنی: در دهه ۱۹۹۰-۱۹۸۱،‌ آمار سوانح در شیوه های مختلف حمل و نقل در کانادا برای اتومبیل، هواپیما و سیستم ریلی به ترتیب ۱۶، ۰٫۱ و ۰٫۸ مرگ و میر در هر میلیارد کیلومتر – مسافر می باشد. [۳۴] سیستم ریلی در سایر کشورهای دارای سابقه و رکورد بسیار بهتری می باشد؛ در حقیقت تمام شبکه های ریلی سریع السیر دنیا که از حریم خطوط اختصاصی استفاده می کنند – مانند شینکانسن در ژاپن، TGV در فرانسه و … – از زمان آغاز کار تا کنون، علیرغم سرعت طرح بالا، هنوز یک نفر کشته هم نداده اند.

• کاهش در مصرف انرژی: سیستم ریلی سریع السیر، باصرفه ترین شیوه حمل و نقل از نظر مصرف انرژی می باشد. قطار سریع السیر TGV، از نظر صرفه جویی در مصرف انرژی، تقریباً ۵۰ درصد اتومبیل و کمتر از %۳۰ هواپیما انرژی مصرف می کند. طرح سیستم ریلی سریع السیر، به جای سوخت فسیلی از برق استفاده می کنند که نیروی برق هم قابل دسترس و کم هزینه تر است.

• کاهش آلودگی هوا: با وجود سیستم ریلی سریع السیر، به عنوان یک شیوه موثر در کاهش آلودگی هوا – که از گازهای خروجی خودروها، حاصل می شود – می توان مسیر عبور و مرور و ترافیک را از جاده ها به ریل انتقال داد. یکی از شدیدترین اثرات موتوریزه کردن انبوه، آسیب رسانی به سلامت انسانی و محیط زیست است. اتومبیل ها، نقش برجسته ای را در تولید بسیاری از آلاینده های هوا خصوصاً در شهرها، بازی می کنند که تاثیر معکوس این آلاینده‌ها بر سلامتی و بهداشت، به اثبات رسیده است. [۳۵] به منظور تقلیل آلودگی هوا، قطارهای سریع السیر، باید دوطبقه از مسافرین را (یکی آنهاییکه از وسایل دیگر روی برگردانده و قطارهای سریع را انتخاب کرده اند و دیگری آنهاییکه بدلایل عدیده نسبت به مسافرت ، به علت سهولت و آسایشی که خواهند داشت، از این وسایل استفاده می کنند) با خود حمل کنند تا میزان آلودگی که دیگر وسایل مسافرت، ایجاد می نمایند، تقلیل یابد [۳۴].

• کاهش آلودگی سر و صدا: انتشار سر و صدای سیستم های حمل و نقل، حاصل از صدای موتور، سر و صدای آلات ناقله و آیرودینامیکی (بار) می باشد. سطح میانگین سر و صدا در قطارهای سریع السیر، ۱۰ درصد کمتر از اتومبیل با همان تعداد مسافر در یک بزرگراه می باشد. آلودگی سر و صدا در نواحی شهری، کاهش خواهد یافت، زیرا خطوط ریلی سریع السیر در داخل تونلهای روباز ساخته می شوند و یا اطراف آنها بوسیله دیوارهای ضدصدا محصور می شود.
• کاهش اشغال زمین: ترافیک جابجا شده بوسیله یک خط سریع السیر، از ترافیک جابجا شده بوسیله فرودگاهها و بزرگراهها، با توجه به فضای مورد نیاز، بیشتر می باشد. به طور مثال احداث ۱۳۰۰ کیلومتر خط جدید در سراسر یک کریدور، تنها نیمی از مساحت مورد نیاز احداث یک فرودگاه جدید را در منطقه تورنتو دربر می گیرد.

• افزایش ترافیک: یکی از مزایای بزرگ خطوط سریع تعداد زیاد رفت و آمد در آن می باشد؛ زیرا قطارها برای عبور قطار مقابل، مدت کمتری در انتظار هستند و فاصله میان حرکت قطارها از خطوط مختلط، کمتر است.

• افزایش اشتغال و فرصت های صادراتی: ایجاد یک سیستم ریلی سریع السیر، باعث سرمایه گذاری در خط ریلی جدید، سیستم های علامت دهی (سیگنال)، آلات ناقله و سایر تجهیزات را باعث می شود. همچنین شرکت های درگیر در پروژه در وضعیت بسیار خوبی برای صادر کردن مهارت و تکنولوژی سیستم سریع السیر، به بازارهای دیگر قرار خواهند گرفت. برای مثال در طول دوره ساخت و ساز قسمت مونترال – اتاوا – تورنتو، این سیستم به تنهایی ۶۶۰۰۰ شغل جدید ایجاد می کند. (مجموعاً) [۳۵]

• افزایش توسعه اقتصادی: سیستم ریلی سریع، به دست یابی به الگوی متعادلتری از رشد و توافق اقتصادی در سراسر منطقه کمک می کند؛ برای مثال از طریق تشویق به انتقال فعالیت اقتصادی و جمعیت از تورنتو به شهرهای کوچکتر مانند کینگزتن، لندن و ویندسور، به رشد اقتصادی این مناطق، کمک زیادی شد. همچنین، این نوع توسعه اقتصادی، وقتی که مسیر پاریس – لیون در فرانسه بوجود آمد ، به روشنی در لیون مشاهده شد. سیستم ریلی سریع السیر بطور کلی به توسعه اقتصادی از طریق فعال کردن مردم ، خصوصاً تاجران، کمک می کند. این سیستم، همچنین باعث می شود که سفرهایی که قرار است انجام شود با هزینه های کمتری صورت گیرد و از این طریق به رشد ناخالص ملی، کمک شود.

• بهبود کارایی: سیستم ریلی سریع السیر، کارآمدترین و موثرترین شیوه حمل و نقل مسافری است. قیمت واحد این سیستم، کمتر از یک چهارم هواپیما و کمی بیش از یک سوم اتومبیل است.

• صرفه جویی در هزینه های تصادفات: یکی از اثرات تقلیل حجم ترافیک جاده‌ای درنتیجه اجرای خطوط سریع، تقلیل تعداد تصادفات و خسارات آن است. هزینه تصادفات، بستگی به شدت تصادفات دارد. در کانادا، این صرفه جویی، معادل ۵۰۰ میلیون دلار تخمین زده شده است. [۳۴]
• صرفه جویی های نگهداری راه: یکی از منافع خطوط سریع، انتقال حمل و نقل جاده ای – خصوصاً حمل و نقل بار که خسارت بیشتری دارد – به خطوط راه آهن است. این صرفه جویی در کانادا، در حدود ۱۸۰ میلیون دلار تخمین می گردد. [۳۴]

 

قطارهای Maglev (بالشتک مغناطیسی)
۴-۱- پیش درآمد
یکی از عواملی که سبب شد در مورد یک سیستم جدید، تحقیقاتی انجام گیرد، این باور بود که پایین بودن چسبندگی در سرعتهای بالا، باعث می گردد که در عمل، سرعت قطارها محدود گردیده و حداکثر سرعت به حدود ۳۰۰ کیلومتر در ساعت، برسد.
دانشمندان همواره می دانستند که اصطکاک بین چرخ و ریل یکی از عوامل محدود کننده سرعت و کندکننده روند رسیدن به سرعتهای بالاست. از این رو مدام، در تکاپوی حذف چرخ از سیستم ریلی بودند. با پیشرفتهایی که در دانش الکتریسیته و به خصوص، مغناطیس صورت گرفت، دانشمندان در نهایت به این آرزوی دیرینه خود دست یافتند. بالشتکهای هوا و تکنیک‌های پرواز مغناطیسی (Magnetic Leviation) به منظور تماس آزاد و بدون کمک و سیستم راهنمایی، توسعه یافت.

طرحهای Transrapid آلمانیها و MLU ژاپنی ها، از پیشرفته ترین نوع Maglev می باشد و متجاوز از ۱۰۰۰ میلیون دلار برای توسعه هر یک از این طرحها، مصرف گردیده است. برای اولین بار، یک خودرو براین اساس ساخته شده بود و آزمایشات کاملی برروی این خط آهن، انجام گرفت. استفاده از تکنولوژی Maglev، نیاز به ساختمان یک خط آهن جدید دارد که هزینه آن بسیار زیاد است. به همین دلیل، معمولاً از این نوع قطارها عمدتاً در طرحهایی، به کار برده می شود که خط آهن، وجود ندارد یا سیستم ریلی سریع السیر نیست. زیرا خارج کردن یک خط آهن از گردونه‌بهره برداری و ساخت یک خط جدید به جای آن، هزینه گزافی دارد و معمولاً دولتها زیر بار این هزینه سنگین اولیه نمی روند.

از طرف دیگر، سیستم تعلیق مغناطیسی (Maglev) از نوعی تکنولوژی استفاده می کند که دارای شهرت و گذشته دوری نیست (نسبت به قطارهای غیرمغناطیسی) و فرضیه های زیادی را ، باید در زمان ایجاد سازمان اجرایی بوجود آورد.

۴-۲- اساس کار قطارهای Maglev
شاید خیلی ها، قطارهایMaglev را به خاطر اساس کارشان، قطار نمی دانند. زیرا از آلات ناقله مرسوم برای قطارها استفاده نشده است (چرخ و …). اما این وسایل طبق تعریف، قطار هستند.

اولین اصل در مغناطیس، بیان می کند که دو قطب مغناطیسی همنام، یکدیگر را دفع می کنند و دو قطب مغناطیسی غیرهمنام (مخالف)، همدیگر را جذب می کنند. از این اصل در قطارهای بالشتک مغناطیسی، برای نگه داشتن قطار برروی خط در فاصله ۱۰mm از خط، هدایت جانبی قطار، حول ریل راهنما و همچنین، حرکت قطار استفاده می شود. [۳۸]

شناور شدن قطار به خاطر دو نوع موتور است:
-Linear Synchronus Motor (LSM)
-Linear Induction Motor
این دو نوع موتور، نیرویی تولید می کنند که باعث شناور شدن قطار می گردد. کویل اولیه (استاتور، Stator) موتور برروی واگن، جاسازی شده است و روتور ثانویه
(Secondary rotor) ، به شکل ورقه های عکس العملی آلومینیومی در سطح طول ریل، نصب شده اند و ترکیب این دو، قطار را برروی خط، شناور می کند. [۳۹]

موتور ، میدان مغناطیسی را عوض می کند و قطار به جلو می رود. در مرحله بعد، باز هم جهت میدان مغناطیسی عوض می شود و واگن باز هم در طول ریل راهنما به جلو می‌رود[۳۷]

۴-۳- معایب سیستم تعلیق مغناطیسی [۳۷,۳۵,۳۴]
• یکی از اولین معایب سیستم بالشتک مغناطیسی، هزینه بسیار سنگین آن در ابتدا است که برروی توسعه و یا نوسازی بسیاری از خطوط، تاثیرگذار است؛ مثلاً خط سریع السیر برلین – هامبورگ ، که یکی از دلایل عمده لغو خط Maglev در این خط ، هزینه بسیار زیاد آن بود. هزینه ساخت و تجهیز خطوط تعلیق مغناطیسی از ۲ تا ۴ برابر سایر خطوط سریع السیر می باشد. این هزینه وقتی سنگین تر می نماید که سرعت این نوع قطارها را در حد سایر قطارهای سریع السیر می یابیم.
• در ابتدای امر، ادعا شد که حذف تماس فیزیکی بین خودروی Maglev و خط ، باعث تقلیل انرژی مورد لزوم برای حرکت و پیشروی خودرو می گردد. ولی با توجه به آزمایشات، تست ها و شواهد، مشخص شد، چون در سرعتهای بالا، مقاومت آیرودینامیکی بیشتر است، (متناسب با مجذور سرعت) بنابراین از این طریق، میزان موفقیت بسیار نیست. البته با پیشرفتهایی که در زمینه آیرودینامیک دستگاهها به عمل آمده، تفاوت تکنولوژیها در مصرف انرژی، بیشتر شده است. به هر صورت سیستم پرواز (Leviation system) ، احتیاج به مصرف دائمی انرژی دارد.

• فاصله هوایی زیاد بین خط و خودرو (زیاد، از نقطه نظر ابعاد موتور الکتریکی): این امر باعث افزایش پرت موتور می گردد.
• با توجه به این واقعیت که برای این تکنولوژی، هیچگونه اطلاعات چرخه عمر یا اطلاعات تعمیر و نگهداری تاریخی، به جز داده های خط آهن آزمایشی وجود ندارد . راهبر، بایستی در دستیابی خود به اصول تعمیر و نگهداری، محافظه کار باشد؛ به عنوان مثال، چرخه های بازرسی برای مسیرها و ساختمانهای سیستم تعلیق مغناطیسی بایستی زیاد باشد تا اطلاعات یکپارچه در رابطه با نقص و خرابی قطعات سیستم های مختلف، جمع آوری شود.
• ایجاد یک سازمان اجرایی: مساله اصلی در ایجاد یک سازمان اجرایی تعمیر و نگهداری برای سیستم تعلیق مغناطیسی این است که اغلب مسایل مربوط به بازدهی عملیات، مقررات ایمنی، قواعد اجرایی و غیره که شاخصهای یک راه آهن نمونه، می‌باشد، قابل کاربرد نخواهد بود. این مورد ، فشار بیشتری را به راهبر جدید برای ایجاد این عملکردها در یک چارچوب زمانی کوتاه وارد خواهد کرد.

• یکی از مزایای بزرگ قطار TGV، قابلیت عبور این قطارها از روی خطوط قدیمی است (۵۰۰۰ کیلومتر خط آهن TGV در فرانسه وجود دارد که از این مقدار، تنها ۱۲۰۰ کیلومتر آن، خط سریع محسوب می شود یعنی چیزی در حدود ۷۵ درصد از خطوط مورد استفاده TGV، خطوط موجود می باشد و در حدود ۲۵ آن، ساخته شده) ولی در مورد قطارهای مغناطیسی، این امر صدق نمی کند و لازمه عبور قطار مغناطیسی، وجود خطوط ویژه تعلیق مغناطیسی می باشد.

۴-۴- مزایای سیستم تعلیق مغناطیسی
• قطار Maglev به کمک تکنولوژی جدید [۳۷,۳۶] و ترکیب علوم مغناطیس ابررسانا ها و موتورهای خطی مزایای زیر را دارد:
• سرعت بالا: یکی از اهداف اصلی دانشمندان، در استفاده از این نوع تکنولوژی، نیل به سرعت سیر بالا بود. در ابتدا به علت ناشناخته بودن این شاخه، پیشرفت چشمگیری در زمینه سرعت وجود نداشت، اما اکنون با توجه به حل مسائل، این تکنولوژی به سرعت ۵۵۲ کیلومتر در ساعت دست پیدا کرده است.
• ایمنی: یکی از بزرگترین و مهمترین مزایای این روش، ایمنی بسیار زیاد این وسایل می‌باشد. در طول چندین سال بهره برداری از خطوط Maglev هیچ حادثه مهمی برای این نوع قطارها بوجود نیامده و تلفات این تکنولوژی صفر است خصوصاً در مورد نوع Monorail که به واسطه پیچیدگی قطار به دور خط محور راهنما، امکان فرار از خط را صفر می کند.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 9700 تومان در 43 صفحه
97,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد