06:35 EST Thứ bảy, 03/12/2016

Nhóm tin

Đăng nhập thành viên

Liên Kết Website

Cổng thông tin điện tử Bộ tài chính
Cổng thông tin điện tử Bộ Xây dựng
Cổng thông tin điện tử Bộ GTVT
Website ĐSVN
Trung tâm dự báo khí tượng TW

Hasitec Email

mail.hasitec.vn

Đang truy cậpĐang truy cập : 55

Máy chủ tìm kiếm : 4

Khách viếng thăm : 51


Hôm nayHôm nay : 1773

Tháng hiện tạiTháng hiện tại : 8472

Tổng lượt truy cậpTổng lượt truy cập : 7308684

Train Vs Everythings

Trang nhất » Tin tức » Tin tức, sự kiện

Nâng tốc độ trên các tuyến ĐS thường và phát triển ĐS cao tốc Shinkansen (kỳ I, II)

Thứ ba - 28/02/2012 21:11
Nâng tốc độ trên các tuyến ĐS thường và phát triển ĐS cao tốc Shinkansen (kỳ I, II)

Nâng tốc độ trên các tuyến ĐS thường và phát triển ĐS cao tốc Shinkansen (kỳ I, II)

Bài viết này giới thiệu một số bước phát triển kỹ thuật trong việc nâng tốc độ chạy tàu cho tới khi khai trương đường sắt cao tốc Shinkansen vào năm 1964, tập trung vào các tuyến đường sắt thuộc nhóm các công ty đường sắt Nhật - JR (trước đây là đường sắt quốc gia Nhật - JNR).
Kỳ I: Nâng tốc độ chạy tàu trên các tuyến ĐS thường

Các tuyến ĐS không phải là tuyến ĐS cao tốc Shinkansen (gồm cả các ĐS không thuộc nhóm công ty ĐS Nhật – JR) ở Nhật Bản được gọi là ĐS thường. Nhật Bản là một nước có nhiều đồi núi và hầu hết các tuyến ĐS thường đều được xây dựng với khổ đường hẹp 1067 mm, song một vài tuyến thuộc ĐS tư nhân sử dụng khổ đường tiêu chuẩn (1.435 mm). Trong kỷ nguyên sức kéo hơi nước, khi cố gắng nâng tốc độ khai thác, ĐS khổ hẹp chứng tỏ có nhiều nhược điểm thuộc về bản chất và việc nhiều đường cong và dốc ở các khu vực đồi núi của Nhật Bản cũng cản trở việc nâng cao tốc độ chạy tàu.
Với tình trạng như vậy, các đoàn tàu điện – đặc biệt là các đoàn tàu EMU – tỏ ra có tiềm năng lớn nhất đối với việc nâng cao tốc độ chạy tàu, vì các trục động lực được phân bố trên chiều dài đoàn tàu có ưu điểm là giảm tải trọng trục, đồng thời tăng sức kéo đoàn tàu. Chính vì lẽ đó mà việc điện khí hóa ĐS được chú trọng, song trong thời gian trước đại chiến thế giới lần II chỉ tiến hành một số ít trên các tuyến vận tải quan trọng theo yêu cầu của quân đội. Kết quả là việc nâng tốc độ chạy tàu với mức lớn chỉ đạt được trên phạm vi rộng rãi khi việc điện khí hóa ĐS được tiến hành ở thời kỳ sau chiến tranh.
Các ràng buộc  đối với tốc độ chạy tàu trên các tuyến ĐS thường
Các đoàn tàu trên các tuyến ĐS thường (bao gồm các tuyến thuộc nhóm các công ty ĐS nhà nước JR và các công ty ĐS không phải JR) đều bị ràng buộc về cự ly hãm khẩn cấp tối đa là 600 m. Vào những ngày đầu của ĐS thì cự ly này được coi là khoảng cách tài xế hoàn toàn có thể nhìn rõ tín hiệu. Nhưng ngày nay, cự ly này chỉ được coi là khoảng cách đảm bảo cho đoàn tàu đang vận hành có thể dừng được trong trường hợp khẩn cấp đối với tuyến đường có đường ngang. Giới hạn 600 mét này ấn định tốc độ chạy tàu tối đa là 130 km/h do các ràng buộc về vật lý như việc giảm độ bám giữa bánh xe với ray khi hãm khẩn cấp. Trên các tuyến đường không có đường ngang, trên cơ sở biệt lệ cho phép tốc độ tối đa tới 160 km/h. Ở châu Âu không có hạn chế này và tốc độ 160 km/h là tốc độ vận hành tối đa được áp dụng cho các tuyến ĐS không phải là ĐS cao tốc.
Nâng tốc độ trên các tuyến ĐS thông thường
Về cơ bản, lịch sử của công nghệ ĐS là lịch sử của việc nâng cao tốc độ chạy tàu và nâng cao năng lực vận tải. Ví dụ như tuyến ĐS Tokaido, một tuyến ĐS trọng yếu của Nhật Bản, nhiều cải tiến nâng cấp được liên tục tiến hành nhằm rút ngắn thời gian hành trình giữa Tokyo và Osaka. Thậm chí tốc độ vận hành tối đa trong những năm 1950 đã lên tới 95 km/h. Tuy nhiên, việc điện khí hóa ĐS đến cuối những năm này cho phép rút ngắn thời gian hành trình chạy tàu mà không cần phải nâng cao tốc độ vận hành tối đa.
Các yếu tố hạn chế việc nâng tốc độ chạy tàu là sức kéo của ĐM hơi nước và khả năng chịu tải thấp của nền đất dưới nền ĐS, các yếu tố này hạn chế tải trọng trục tối đa. Để so sánh, trên ĐS khổ tiêu chuẩn Nam Mãn Châu Lý, đoàn tàu nhanh được chế tạo năm 1934 theo công nghệ Nhật Bản đã đạt tốc độ khai thác 110 km/h. Việc nâng tốc độ chạy tàu và việc sử dụng ĐM điện có thể đạt được nhờ việc điện khí hóa, song việc điện khí hóa cũng không thể thực hiện đại trà vì nhiều lý do khác nhau.
Đoàn tàu EMU, là đoàn tàu trong thời kỳ đó được sử dụng chủ yếu cho việc vận tải khách đô thị, chạy cự ly ngắn và dừng ở nhiều ga, vì thế việc nâng tốc độ tối đa hầu như không có ảnh hưởng tới thời gian hành trình. Tuy nhiên vào những năm 1930, ĐS thuộc chính phủ đã cạnh tranh với ĐS tư nhân trong cuộc tranh tài nâng tốc độ chạy tàu. Sau Thế chiến II, vào cuối những năm 1950, ảnh hưởng của công nghệ phát triển xe PPC (tàu điện) của Mỹ cuối cùng cũng đã tới Nhật Bản và các cải tiến chủ yếu là về việc tăng - giảm gia tốc. Các công nghệ mới này cùng với các tiến bộ về tải trọng trục nhẹ đã đóng góp cho việc phát triển đoàn tàu cao tốc EMU chạy liên thành phố đạt tốc độ tối đa là 110 km/h và sau đó là 120 km/h.
 Tàu cao tốc Shinkansen (Nhật Bản)
 Tàu cao tốc Shinkansen (Nhật Bản).

Với con mắt hướng tới tương lai, ông Hideo Shima (1901-98) - kỹ sư trưởng của ĐS quốc gia Nhật (JNR) đã thành lập nhóm nghiên cứu về dao động của giá chuyển hướng cao tốc năm 1947 và bắt đầu nghiên cứu về việc nâng cao tốc độ chạy tàu. Ông Shima là một chuyên gia trong lĩnh vực thiết kế ĐM hơi nước. Ông chắc chắn rằng khó mà nâng được tốc độ của đoàn tàu do ĐM kéo với tấn trục lớn ngay cả đối với đường khổ tiêu chuẩn do đặc tính tự nhiên về địa hình và địa lý của Nhật Bản. Ông nhận thức được rằng việc nâng tốc độ của đoàn tàu EMU với tải trọng trục thấp là vấn đề then chốt và bắt đầu triển khai việc phát triển giá chuyển hướng tốc độ cao cho đoàn tàu EMU.  Năm 1948, đoàn tàu EMU Moha 52 của những năm 1930 đã đạt tốc độ cao nhất là 119 km/h và sau đó đoàn tàu EMU mới của Công ty ĐS chạy điện Odakyu đã lập tốc độ kỷ lục 145 km/h trên tuyến ĐS chính Tokaido vào năm 1957. Năm 1959, việc chạy thử nghiệm sử dụng đoàn tàu EMU series 151 đã đạt tốc độ 163 km/h, tiếp theo xe kiểm tra ĐS tốc độ cao đã lập kỷ lục thế giới đối với ĐS khổ hẹp 163 km/h năm 1960. Các kết quả nghiên cứu về giá chuyển hướng cao tốc đã được sử dụng để phát triển các đoàn tàu EMU liên thành phố tốc độ cao như đoàn tàu series 151 và cũng là cơ sở cho việc phát triển giá chuyển hướng cho đoàn tàu cao tốc Shinkansen.
Đoàn tàu EMU series 151 đạt tốc độ 163 km/h vào năm 1959 được sử dụng cho dịch vụ tốc hành giữa Tokyo và Osaka khai trương năm 1958, chạy hành trình giữa hai thành phố 556 km với thời gian 6,5 giờ. Đoàn tàu EMU mở ra kỷ nguyên mới này đã được xã hội hoan nghênh và đã có ảnh hưởng lớn tới việc phát triển ĐS cao tốc Shinkansen.
Các biện pháp nâng tốc độ trên các tuyến ĐS thường
Thành công của dịch vụ EMU chạy đường dài giữa Tokyo và Osaka đã lan tỏa sang các tuyến liên thành phố khác ở Nhật Bản. Nhiều dịch vụ EMU liên thành phố thực hiện được là nhờ việc tiếp tục triển khai việc điện khí hóa các chính tuyến. Hầu hết các tuyến mới được điện khí hóa sử dụng dòng điện xoay chiều (AC), nên nhiều đoàn tàu EMU chạy đường dài sử dụng hai loại điện đã được chế tạo để chạy được trên cả các khu đoạn dùng điện xoay chiều (20 kV, 50/60 Hz) và điện một chiều (1,5 kV).
Tốc độ tối đa đạt 120 km/h vào cuối những năm 1960 song các đoàn tàu này hầu như đã tới giới hạn của mình về khoảng cách hãm khẩn cấp 600 m. Tốc độ tối đa chỉ có thể nâng lên tới 130 km/h, ngay cả khi sử dụng các kỹ thuật tăng độ bám chống trượt. Sau đó, nhiều cuộc chạy thử nghiệm của Viện Nghiên cứu kỹ thuật ĐS (RTRI) và Công ty ĐS Shikoku đã chứng tỏ rằng tốc độ tối đa có thể đạt tới 160 km/h khi sử dụng hãm từ ray, đây là kỹ thuật được dùng phổ biến ở Hoa kỳ và châu âu lúc bấy giờ song kỹ thuật hãm từ ray này không thể đưa vào áp dụng ở Nhật vì nhiều lý do.
ĐS Nhật có một đặc trưng là có nhiều đường cong và dốc, vì thế việc nâng tốc độ tối đa hiệu quả không cao trong việc giảm thời gian hành trình trên hầu hết các tuyến liên thành phố. Để giảm thời gian hành trình, tốc độ chạy tàu tại đường cong và khu vực dốc phải được nâng lên, chứ không phải là tốc độ tối đa. Kết quả là việc phát triển đoàn tàu tự nghiêng bắt đầu vào cuối nhữngnăm 1960.

Kỳ II: Việc phát triển ĐS cao tốc shinkansen

Sự phục hồi kinh tế nhanh chóng sau chiến tranh dẫn tới việc gia tăng vận lượng và năng lực chuyên chở của ngành ĐS không đủ đáp ứng khiến hình thành các nút thắt cổ chai lớn đối với kinh tế Nhật Bản. Nổi bật là vào năm 1955, tuyến ĐS Tokaido đã gặp phải sự thiếu hụt nghiêm trọng năng lực chuyên chở và người ta cho rằng cần có một tuyến ĐS đôi nữa.
Năm 1956, một ủy ban được thành lập để nghiên cứu làm cách nào nhanh chóng nâng năng lực vận tải của tuyến đường và các biện pháp như làm đường bốn hay xây một tuyến đường mới cũng đã được thảo luận. Ý kiến khi đó rất phân tán và biện pháp dễ dàng hơn là làm thêm một đường nữa chiếm ưu thế. Tuy nhiên, quyết định của ông Shinji Sogo (1884 -1981) được bổ nhiệm làm Chủ tịch ĐS Quốc gia Nhật Bản năm 1955) nhằm loại bỏ tư duy cũ và tạo ra một hệ thống hợp lý hơn đã dẫn tới việc nghiêng về xây dựng một tuyến ĐS mới tách biệt.
Các ý tưởng đối với ĐS cao tốc shinkansen Tokaido

Cách nhanh nhất và kinh tế nhất để xây dựng một tuyến đường mới chạy dọc theo tuyến Tokaido là sử dụng đất đã mua và các hầm đã được xây dựng một phần cho dự án được gọi là "đoàn tàu hình viên đạn - bullet train" đã bị dừng năm 1943.
Khái quát về kế hoạch "đoàn tàu hình viên đạn" như sau: Việc khảo sát sơ bộ được bắt đầu năm 1938. Đặc tính kỹ thuật của công trình xây dựng được quyết định năm 1941 ấn định việc xây dựng một đường đôi khổ 1435 mm, bán kính cong nhỏ nhất là 2500 m, độ dốc tối đa là 10‰, tải trọng trục tối đa là 28 tấn, ray 60 kg/m hay nặng hơn. Việc điện khí hóa từng phần với điện áp 3 kV DC cũng được hoạch định. Khổ giới hạn đầu máy toa xe (khổ giới hạn xếp hàng) được ấn định với chiều cao tối đa 4800mm và chiều rộng tối đa 3400mm. Tất cả các đoàn tàu đều dùng đầu máy kéo, thời gian chạy giữa Tokyo và Osaka là 4,5 giờ với tốc độ lên tới 200km/h.
Việc mua đất được bắt đầu năm 1939 và việc xây dựng hầm được khởi công năm 1941. Năm 1943 việc thi công xây dựng bị dừng lại do tình hình chiến sự ngày một xấu.
Ông Sogo đề xuất xây dựng một tuyến mới cao tốc vào năm 1957 và chính phủ Nhật đã thành lập một ủy ban thuộc Bộ GTVT để nghiên cứu ý tưởng này. Cũng trong thời gian này, RTRI đã đưa ra một bài thuyết trình tính khả khi về mặt kỹ thuật của việc đi lại bằng ĐS giữa Tokyo và Osaka trong vòng 3 giờ và từ đó ĐS cao tốc đã  được công  chúng biết đến.
Ủy ban của Bộ GTVT đã tiến hành xem xét kỹ lưỡng và chi tiết về tuyến ĐS cao tốc mới và kế hoạch phát triển ĐS cao tốc shinkansen đã được hoàn tất năm 1958. Nó kế tiếp dự án đoàn tàu hình viên đạn trước thế chiến ở nhiều khía cạnh, bao gồm quy cách kỹ thuật và tuyến đường ví dụ như khổ đường 1435 mm, bán kính cong nhỏ nhất 2500 m và độ dốc tối đa 10‰. Kế hoạch mới đặt mục tiêu hành trình giữa Tokyo và Osaka là 3 giờ sử dụng đoàn tàu EMU chạy trên ĐS điện khí hóa dùng điện xoay chiều. Thời gian xây dựng là 5 năm.
Nội các đã phê chuẩn khung dự án và kế hoạch thực hiện đã được triển khai năm 1959. ĐS Quốc gia Nhật Bản JNR đã thành lập một ủy ban năm 1958 do ông Hideo Shima, người năm 1955 đã được bổ nhiệm giữ chức vụ Phó chủ tịch JNR phụ trách kỹ thuật, để nghiên cứu tiêu chuẩn xây dựng và các tiêu chuẩn này đã được Bộ GTVT phê chuẩn tạm thời vào năm 1960 và chính thức vào năm 1962. Việc xây dựng được khởi công năm 1959 và tuyến ĐS cao tốc shinkansen đã được hoàn thành vào năm 1964.
Ông Sogo đã làm nhiều hơn là việc chỉ quyết định xây dựng một ĐS với một hệ thống mới. Mặc dầu không phải là một kỹ sư song ông đã có kiến thức tuyệt với về các vấn đề kỹ thuật, và năm 1956 ông đã quyết định cung cấp một khoản kinh phí lớn cho Viện Nghiên cứu ĐS RTRI để tạo môi trường nghiên cứu tốt. Một trong những kết quả là bản thuyết trình về ĐS cao tốc đã nói ở trên và người ta cho rằng chính nó đã giúp cho quyết định của ông Sogo giành được sự ủng hộ lớn.
Bên cạnh đó, hai đoàn tàu cao tốc thử nghiệm của Đức trở nên nổi tiếng vì đã đạt tới tốc độ 210 km/h năm 1903. Đó là những toa xe thử nghiệm đặc biệt lấy điện cấp xoay chiều 3 pha từ 3 cần tiếp điện và tốc độ quay của các động cơ điện không đồng bộ 3 pha được điều khiển bằng việc thay đổi tần số tại các trạm cấp điện substation. Hệ thống này không được áp dụng trong thực tế vì các yêu cầu về kỹ thuật, song việc đạt được tốc độ trên 200 km/h vào những buổi đầu tiên thế này là một cuộc cách mạng. Trong khi có thể chỉ là một sự tình cờ, ông Yasujiro Shima, một kỹ sư cơ khí hàng đầu của ĐS công của Nhật Bản, cũng đã có mặt tại việc chạy thử nghiệm này. Có lẽ dự án đoàn tàu hình viên đạn thời kỳ tiền chiến tranh do ông Shima đứng đầu cũng đã bị ảnh hưởng bởi sự chứng kiến việc thử nghiệm này của ông và cũng chính con ông, ông Hideo Shima - kỹ sư trưởng của ĐS Quốc gia Nhật Bản, là người chịu trách nhiệm xây dựng tuyến ĐS Shinkansen Tokaido chạy với tốc độ 200 km/h chừng 60 năm sau đó. (còn tiếp).
.
Nguyễn Đạt Tường dịch
 Asahi Mochizuki (*)
(Theo Japan Railway & Transport Review
No. 57, 58)
(*): Ông Mochizuki là tư vấn thuộc Hiệp hội Máy móc thiết bị - ĐMTX Nhật Bản. Ông vào làm việc tại ĐS quốc gia Nhật Bản năm 1960 và công tác trong lĩnh vực bảo dưỡng ĐMTX, thiết kế đoàn EMU, tàu Shinkansen và ĐMTX chạy điện. Sau đó, ông là kỹ sư trưởng của bộ phận hệ thống GTVT của Công ty Toshiba rồi chuyển sang làm tại Hiệp hội Máy móc thiết bị - ĐMTX Nhật Bản.
 

Tác giả bài viết: Asahi Mochizuki

Nguồn tin: Báo đường sắt online

Tổng số điểm của bài viết là: 190 trong 54 đánh giá
Click để đánh giá bài viết

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

 

Tin ảnh

 Hoạt động công ty
32 photos | 38950 view
 An toàn giao thông
95 photos | 52076 view
 Kỹ thuật công nghệ
21 photos | 34652 view
 Cộng đồng Hasitec
52 photos | 47354 view

Công nghệ

Giới thiệu giải pháp công nghệ CBTC-URBALIS của Alstom Transport .SA
Alstom Transport nhà chuyên gia, người đi tiên phong trong các...
Giới thiệu công nghệ SelTrac-CBTC của Thales Group
THALES GROUP là một trong những tập đoàn công nghiệp hàng đầu thế...
Giới thiệu thiết bị Barrier TD 96/2 của Wegh Group (Italy)
Tập đoàn công nghiệp đường sắt Wegh Group là một trong những tập...
Mạng 4G và những ưu thế vượt trội
(PCWorldVN) Gần 7 tỷ thuê bao di động, sắp bằng dân số thế giới,...
Phần mềm quản lý, điều hành giải quyết trở ngại, sự cố online HasitecTN
Thực hiện mục tiêu chất lượng năm 2015 của Tổng giám đốc công ty...

Danh ngôn