حمل و نقل سریع ریلی

1- کلیات
1-1- 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 550 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، 20 درصد کیلومتر در ساعت است. در صورتی که همین مقیاس برای سیستم ریلی در حمل کالا به ازای هر تن – کیلومتر، 6 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، 96 گرم است در صورتیکه در بخش ریلی به ازاء هر مسافر – کیلومتر با 35 درصد ظرفیت نهایی، 2.11 گرم برآورد شده است.

1-2- ادبیات فنی
1-2-1- 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.

1-2-2- قطار سریع (تعریف)
برای قطار سریع، براساس سرعت آن، دو تعریف وجود دارد؛ بعضی، قطارهایی را که سرعت آنها بیش از 100mph (160 کیلومتر در ساعت) است را قطارهای سریع می دانند و برخی این حد نصاب را 200 کیلومتر در ساعت می دانند. ولی عمده نظرات بر این است که قطار با سرعت سیر بیش از 160 کیلومتر را قطار سریع می دانند [29]
1-2-3- قطار بسیار سریع (تعریف)
قطاری را بسیار سریع می خوانند که بتواند با سرعت بیش از 300 کیلومتر در ساعت (186mph) حرکت کند.
بر طبق جدول صفحه بعد، کشورهای ژاپن و فرانسه، و اخیراً آمریکا و آلمان1 در زمره کشورهای دارای قطارهای بسیار سریع هستند.

1-3-سریعترین قطارها: [30]
* سریعترین قطار رسمی (تحت سرویس) قطار TGV-A سری 325 است (از فرانسه)که در 18 می 1990 به سرعت 515.3 کیلومتر در ساعت دست یافت.
* سریعترین لوکوموتیو بخار، A4 Class Gresley pacific بود که در 3 جولای 1938، در بریتانیا سرعت 202 کیلومتر در ساعت (126 mph) رسید.
* سریعترین قطار دیزل، قطار تالگو XXI از اسپانیا بود که در 12 ژوئن 2002 به سرعت 160mph (257.5 کیلومتر در ساعت) رسید.
* سریعترین قطار گازی (قدرت توربین گازی)، قطار TGV001 بود که در هشتم دسامبر 1972 در فرانسه با سرعت (199 mph) 318 km/h حرکت کرد.
* سریعترین قطار Maglev یا بالشتک مغناطیسی (manned)، قطار MLX01 بود که در ژاپن در 14 آوریل 1999 به سرعت حرکت 552 کیلومتر در ساعت (345mph) رسید.
* سریعترین قطار، بین دو ایستگاه،2 قطار Nozomi سری 500 در ژاپن است که در مارس 1997 با سرعت متوسط 262 کیلومتر در ساعت در حرکت بود.
* سریعترین پیمایش 1000km، مربوط به قطار TGV شمال فرانسه است که در 26 می 2001 با سرعت میانگین 317.5 کیلومتر در ساعت حرکت کرد.
نکته جالب در مورد رکوردهای سرعت، سرعت 10300 کیلومتر در ساعت3 است که بوسیله یک وسیله ریلی در سی ام آوریل 2003 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.

1-3- منافع اجتماعی – اقتصادی سیستم ریلی سریع
از جمله منافع قطارهای سریع، عبارتند از :
* افزایش ایمنی: در دهه 1990-1981، آمار سوانح در شیوه های مختلف حمل و نقل در کانادا برای اتومبیل، هواپیما و سیستم ریلی به ترتیب 16، 0.1 و 0.8 مرگ و میر در هر میلیارد کیلومتر – مسافر می باشد. [34] 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.4
* 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 50 درصد اتومبیل و کمتر از %30 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 آلاینده ها بر سلامتی و بهداشت، به اثبات رسیده است. [35] 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 [34].
* 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، 10 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 1300 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 66000 شغل جدید ایجاد می کند. (مجموعاً) [35]
* 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.5
* صرفه جویی در هزینه های تصادفات: یکی از اثرات تقلیل حجم ترافیک جاده ای درنتیجه اجرای خطوط سریع، تقلیل تعداد تصادفات و خسارات آن است. هزینه تصادفات، بستگی به شدت تصادفات دارد. در کانادا، این صرفه جویی، معادل 500 میلیون دلار تخمین زده شده است. [34]
* 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 180 میلیون دلار تخمین می گردد. [34]

قطارهای Maglev6 (بالشتک مغناطیسی)
4-1- 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 300 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 تکنیک های 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 1000 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 گردونه بهره 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.

4-2- 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.7
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 10mm از خط، هدایت جانبی قطار، حول ریل راهنما و همچنین، حرکت قطار استفاده می شود. [38]

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. [39]

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 می رود[37]

4-3- معایب سیستم تعلیق مغناطیسی [37,35,34]
* 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 2 تا 4 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 موتور8 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، می باشد، 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 (5000 کیلومتر خط آهن TGV در فرانسه وجود دارد که از این مقدار، تنها 1200 کیلومتر آن، خط سریع محسوب می شود یعنی چیزی در حدود 75 درصد از خطوط مورد استفاده TGV، خطوط موجود می باشد و در حدود 25 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.

4-4- مزایای سیستم تعلیق مغناطیسی
* قطار Maglev به کمک تکنولوژی جدید [37,36] 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 552 کیلومتر در ساعت دست پیدا کرده است.
* ایمنی: یکی از بزرگترین و مهمترین مزایای این روش، ایمنی بسیار زیاد این وسایل می باشد. 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.
* دوست با محیط زیست: این قطارها به خاطر ویژگی استفاده از نیروی مغناطیسی، کمترین اختلال را در محیط زیست ایجاد می کنند. حتی از لحاظ اشغال زمین، این روش به علت داشتن محور عبور باریک و بعضاً هوایی، مزاحمت کمتری برای منطقه عبور خود ایجاد می کند. همچنین دارای گازهای خروجی اگزوز و سایر اجسام مضر هم نیست.
* سر و صدای کم: برقی بودن سیستم این قطارها، باعث می شود صدای موتور آنها بسیار کم باشد. به علاوه، طراحی آیرودینامیک این قطارها به میزان زیادی سبب کاهش صداهای آیرودینامیک، خصوصاً در سرعتهای بالا شده است.
* هزینه تعمیر و نگهداری پایین: این امر به دلیل نوع سیستم به کاررفته برای ساخت خط وسیله نقلیه می باشد. از دلایل دیگر پایین بودن هزینه تعمیر و نگهداری، عدم تماس فیزیکی چرخ است. چه در این حالت سایش یا ضربه یا … در مورد ریل، نخواهیم داشت.
* میزان بار کم: میزان وزن و بار وارد آمده به جاده و وسیله نقلیه، سبک می باشد، زیرا بار وزن قطار با سیستم Maglev در یک نقطه متمرکز نیست و در یک محدوده مطلوب پخش می شود. این بار کم از دو مساله ناشی می شود. یکی سبک بودن ترکیبات ساختمانی آن و دیگری سیستم بالشتک مغناطیسی. این امر (بار کم) خصوصاً در زمینه حمل بار، یکی از مسائل کلیدی و مزایای سیستم Maglev محسوب می شود.
* شتاب بالا: قطار Maglev می تواند خیلی زود به سرعت نهایی خود برسد. این مسئله به کمک سرعت بالا، می تواند به پیمایش سریع یک مسیر کمک کند.

4-5-1- انواع قطارهای maglev
* قطارهای Maglev از نقطه نظر محور حرکت ،به دو دسته تقسیم می شوند :
maglev مونو ریل : در این قطارها ، ریل تکی ، نقش محور راهنما را برای قطار بازی می کند و در اغلب موارد در ارتفاع قرار دارد .(به خاطر اشغال کمتر زمین ، مزاحمت کمتر و …) در این حالت، قطار، اندکی پهن تر از ریل است، بطوریکه سازه ریل را دربر می گیرد و به دور آن قفل می شود. از این نمونه ها، قطارهای Transrapid هستند که در آمریکا و آلمان و چین مورد استفاده قرار گرفته اند. [41]

* قطارهای Maglev غیر مونوریل: در این قطارها، خط بصورت یک محور باریک نیست و شامل دو محور نسبتاً پهن در دو طرف می باشد. از این نمونه، می توان خطوط Maglev ژاپن خصوصاً خط Yamanashi را نام برد. (از خطوط JR).

در حقیقت این دسته بندی، به خاطر تفاوت در سیستم مغناطیسی این قطارها می باشد. به طوری که اصول این دو نوع قطار Maglev با هم فرق می کند؛ قطارهای نوع اول، دارای سیستم الکترومغناطیس9 هستند و در قطارهای نوع دوم، از سیستم الکترودینامیک10 استفاده می شود. [42]

4-6- مروری بر قطارهای Maglev موجود
4-6-1- قطارهای مغناطیسی ژاپن
ژاپن، یکی از سردمداران قطارهای Maglev است که از سال 1960، تحقیقات وسیعی را برای ساخت موتور خطی مغناطیسی شناور کننده آغاز کرد. چند سال بعد یعنی در سال 1972، اولین وسیله نقلیه آزمایشی Maglev با القا کننده ها، با نام ML-100، توانست آزمایش شناور شدن را با موفقیت انجام دهد. در سال 1975، کار ساخت خط آزمایشی میازاکی (Miyazaki) به طول 7 کیلومتر آغاز شد. [46,47] که کار ساخت آن در سال 1977، به پایان رسید و قطار برروی محور راهنمای T شکل آن، آزمایش شد . در این پروژه، در سال 1979 این راه آهن ها با قطار آزمایشی، به سرعت 517 کیلومتر در ساعت رسیدند.
در ادامه، در سال 1980، آزمایش قطار نوع MLUOOL آغاز شد.
در 1987، قطار مسافری دوواگنی با نام MLU002 ، شروع به فعالیت کرد که به سرعت 400.8 کیلومتر در ساعت، دست یافت. پس از آنکه ساخت خط آزمایشی یاماناشی در سال 1990 آغاز شد، در سال 1993، آزمایش قطار MLU002N، شروع شد و یک سال بعد، در سال 1994، به رکورد سرعت 431 کیلومتر در ساعت – بوسیله قطار MLU0022N – دست یافتند. در سال 1995، مقدمات آزمایش وسایل در خط آزمایشی Maglev در این خط، بوسیله قطار MLX01 به رکورد سرعت 531 کیلومتر در ساعت دست یافتند و سال بعد، این رکورد بالای 500 کیلومتر در ساعت را تکرار کردند و در نهایت، در سال 1999 با قطار MLX01 به سرعت 552 کیلومتر در ساعت رسیدند . در شکل زیر طریقه رانش قطار ،شناور ساختن قطار و راهنمائی قطار ،توضیح داده شده است .

4-6-2- قطارهای مغناطیسی آلمان
آ

از زمان بهره برداری از اولین راه آهن جهان که در سال 1825 میلادی بین شهر های استکهلم و دارلینگتون در انگلستان افتتاح شد مهندسین و دانشمندان دائما بخاطر مطمئن کردن ، سریع حرکت کردن و راحتتر بودن حمل و نقل با راه راه آهن کوشش کرده و در این زمینه نیز پیشرفت های زیادی نموده اند .
اما هر چه تکنولوژی پیشرفته تر می شود ،مسئولیت اصول اصطکاک بین چرخ و ریل نیز آشکار تر شود .راه آهن با سیستم maglev توسط سیستم هدایت و حرکت بدون تماس و نیروی محرکه خطی با استاتور طولی که آن نیز بدون تماس کار می کند به این محدودیت ها غلبه کرده است و بدین جهت امکانات اضافی جدیدی از سرعت ایمنی ، آسایش و تاثیر هزینه در حمل و نقل با راه آهن بوجود آورده است .
توسعه راه آهن با سیستم Maglev از سال 1969 میلادی توسط وزارت تحقیق و تکنولوژی شدیدا ترقی داده شد.شواهد عینی آن شامل تاسیسات آزمایشی مهم و وسائط نقلیه نمایشی به قرار زیر می باشد .
– وسیله نقلیه اصلی (1971)
– وسیله نقلیه عملی کارخانه هنشل با نیروی محرکه خطی با استاتور طولی (1976)
– وسیله نقلیه سریع 05(که قبلا اجازه حمل مسافرین را گرفته بود )در حین نمایشگاه حمل و نقل بین المللی هامبورگ در سال 1979 بعنوان وسیله نقلیه نمایشی بیشتر از 50000 هزار مسافر را حمل کرده است .
12 دسامبر سال 1985 در تاریخ توسعه راه آهن با سیستم maglevدر المان و جهان ، روز مهم و برجسته ای میباشد.در این روز وسیله نقلیه آزمایشی و نمایشی 06 در محوطه آزمایشی امسلاند به سرعت 355 کیلومتر در ساعت (که در هر زمان قابل تکرار می باشد)رسید . این بالاترین سرعت ممکن در محوطه آزمایشی به طول 6/20کیلومتر می باشد .
طبق گزارشات جهانی در مورد حمل مسافر توسط وسائل نقلیه ایکه بطور مغناطیسی از روی خط بلند می شوند ، توسعه راه آهن با سیستم maglev به اولین نتایج مثبت خود رسیده بود.
در وسیله نقلیه 06 اکنون سیستم به آستانه عملی رسیده بود .در این مرحله مهم است که این سیستم در یک زمان معقول از جنبه های سودمندی ، اعتبار و تاثیر در هزینه آماده استفاده شده و توسط نتایج آزمایشی و نمایشی به اثبات برسد :
تسهیلات آزمایشی حمل و نقل سریع امسلاند :
برای اجرای این کار ،تسهیلات آزمایشی حمل و نقل سریع امسلاند در جهان منحصر به فرد میباشد . آنجا در طول سالهای 1979 الی 84 توسط یک هیات مهندسین برجسته صنایع آلمان و با حمایت وزارت تحقیق و تکنولوژی طرح ریزی و ساخته شد که در سال 1984 افتتاح گردید.
این تاسیسات از سال 1984 توسط شرکت طرح کننده و آزمایش کننده قطار با سیستمهای maglev مورد بهره برداری قرار داده شده است ، که در آن شرکت راه آهن فدرال آلمان ، شرکت هواپیمایی لوفت هانزا و شرکت بهره برداری از صنایع گیاهی بطور مساوی سهام دار می باشند.
به علت اینکه این تسهیلات دارای تمام مشخصات نهایی استفاده عملی می باشد ،امکان این موضوع موجود است که راه آهن با سیستم maglev را بعنوان یک سیستم کامل تحت آزمایشهای طولاتی تقریبا عملی قرار داده تا کیفیت آن به اثبات رسیده و تمام خواص این نوع تکنولوژی جدید راه آهن به نمایش گذاشته شود .
مهمترین عناصر تسهیلات آزمایش حمل و نقل سریع عبارتند از :
– مرکز آزمایش با زیر سازی مورد لزوم برای آزمایش و بهره برداری نمایشی
– جاده که در حدود 5متر از زمین ارتفاع دارد و مصالح آن از بتن و فولاد میباشد .طول این جاده 6/20 کیلومتر بود .که بعد از تکمیل دومین مرحله
5/31 کیلومتر شد
– سوزن ها با تیرکهای پولادی که بطو ر الاستیکی خط مستقیم را به خط فرعی متصل نمائید ساختمان این نوع سوزنها طوری است که وسیله نقلیه می تواند با سرعتهای بالاتر از 200 کیلومتر در ساعت از خط مستقیم وارد خط فرعی شود
– وسیله نقلیه آزمایشی و نمایشی 06 (که برای سرعت 400 کیلومتر در ساعت طراحی شده است ) ظرفیت 200 مسافر نشسته و وزن 120 تن را دارد و مجموع طول آن که از دو قسمت تشکیل شده 54 متر میباشد .
– نیروی محرکه خطی با استاتور طولی در داخل جاده تعبیه شده است . حداکثر نیروی آن
kN 90 و قدرت یکنواخت آن در سرعت 400 کیلومتر در ساعت MW 5/5 است . نیروی محرکه خطی با استاتور طولی همچنین بعنوان ترمز بکار گرفته می شود .
– سیستم کامپیوتری و ایمنی با دستگاه کنترل مرکزی این سیستم ایمنی بهره برداری را مورد مراقبت قرار داده و کلیه عملیات را کنترل می نماید .
حدود 700 مسافرت آزمایشی و نمایشی در سال 1985 در محل تسهیلات آزمایش حمل و نقل سریع امسلاند انجام شده است که در خلال آن وسیله نقلیه 06 مسافتی بیشتر از 14000 کیلومتر را پیموده است .
نتایج آزمایشات تماما مثبت بوده است . تمام سیستمهای اصلی ، سیستمهای فرعی و کلیه اجزای آن بخوبی امتحان خود را داده و در بعضی اوقات حتی بیشتر از انتظار عمل نموده اند . این موضوع بخصوص شامل سیستم حمایت و هدایت الکترو مغناطیسی و همچنین نیروی
محرکه و ترمز بوسیله نیروی محرکه خطی با استاتور طولی میباشد.
برنامه کار بعدی ازدیاد هر چه بیشتر اعتبار کلیه تسهیلات بود تابتوان آزمایشات طولانی با سرعت 400 کیلومتر در ساعت انجام داد . این عمل در اواسط سال 87 پس از تکمیل و افتتاح دومین مرحله انجام شد .کلیه نتایج بدست آمده بیانگر این موضوع میباشد که هر دو هدف بدون هیچ مشکلی بدست خواهند آمد .
مختصات کاربرد سیستم حمل و نقل سریع
تجربه هایی که تا کنون بدست آمده هر دو موضوع تسهیلات آزمایشی حمل ونقل امسلاند و جاده راه آهن با سیستم maglev با تاسیسات مربوطه اش را مورد تائید قرار داده است . آزمایشات وبرنامه های تکنولوژیکی به همراه آنها نتایج و اطلاعات مهمی بوجود می آورند که برای توسعه و بهبود سیستم های فرعی و ترکیبات سیستم بهره برداری از راه آهن با سیستم Maglev در آینده بکار گرفته خواهد شد . این سیستم جدید به عنوان یک سیستم حمل و نقل سریع پیش آهنگ برای حمل مسافر و بار سبک در نظر گرفته می شود که به سیستمهای موجود حمل و نقل اضافه شود .
بر اساس شرایط تکنولوژی ، بهره برداری و اقتصادی حاکم بر راه آهن با سیستم meglev موارد عملی زیر در نظر شده :
– فاصله طول مسیرهای متوسط بین 100 الی 250 کیلومتر در نظر گرفته شده است.
– فاصله طول مسیر های طولانی بین 250 الی 1000 کیلومتر در نظر گرفته شده که در هر 100 کیلومتر یک توقف منظور می شود .
– سیستم عملیاتی حمل و نقل سریع می تواند توسط خصوصیات زیرین مشخص شود :
– سیستم هدایت و حرکت بدون تماس و بنابراین سایش ناپذیر توسط وسائل الکترومغناطیس کنترل شونده همچنین سیستم بدون تماس و بدون اصطکاک نیروی محرکه و ترمز توسط تجهیزات موتور خطی با استاتور طولی
– انواع متنوع سالن قطار با سیستم maglev که میتواند به صورت یک بخشی و یا چند بخشی ساخته شود که گنجایش حدود 200 الی 400 یا بیشتر صندلی را جهت مسافرین دارا می باشد .
– جاده که از سطح زمین حدود 5 متر ارتفاع داشته که از مصالح پولادی یا بتنی بصورت یک خطه و یا دو خطه و یا دو خطه ساخته می شود .
– جاده دوکاره که قطار راه آهن با سیستم Maglev را قادر می سازد که در ایستگاههای مراکز شهرها مستقیماً در خطوط موجود حرکت کند.
– نیروی محرکه خطی با استاتور طولی تعبیه شده در جاده که امکان نصب وسائل مخصوصی برای ازدیاد نیرو جهت استفاده در شیب و فراز و افزایش سرعت در آن وجود دارد.
– سرعت تجارتی از 400 الی 500 کیلومتر در ساعت.
– پارامترهای مطلوب جاده که از هادی مغناطیسی با شعاعهای نسبتاً کوچک، زوایای خارجی 12 درجه و قدرت گذشتن از شیب و فرازهای 10% و بیشتر منتج می گردد. این موضوع اجازه می دهد که جاده ها قابل انعطاف و از نظر اقتصادی و محیطی باصرفه باشند – مخصوصاً در زمینهائیکه دارای عوارض طبیعی زیاد می باشند. [33]

4-6-3- تکنولوژی Transrapid آلمان در چین
بهره گیری از قدرت ابررساناها و طراحی ترن های شناور مغناطیسی، معجزه می کنند؛ کویل های مغناطیسی، جایگزین استفاده از چرخهای فولادی می شوند و ترنها برروی یک مسیر راهنما، با استفاده از اصول اولیه راه آهن ها، شناور خواهند بود.
ترنس رپید یکی از این نوآوری هاست. توسعه این فناوری، نه تنها مزیتهای فوق تصور اقتصادی و عملیاتی به ارمغان آورده است، بلکه توانسته به عنوان یک عامل دوستدار محیط زیست و در جهت توسعه پایدار، چشم ها را به خود خیره کند.
ترنس رپید واقعاً پرواز می کند. گرهارد شرودر، صدراعظم آلمان و نخست وزیر چین، در 31 دسامبر 2002 سفر کوتاهی با این ترن سریع السیر داشتند و تمام خبرنگاران از سراسر جهان، این اتفاق را، پرواز برروی زمین توصیف کردند. ترانس رپید توانسته بود مسیر 30 کیلومتری بین فرودگاه پودونگ تا ایستگاه لانگ یانگ در شانگهای را تنها در 7 دقیقه بپیماید. در بیشترین سرعت، این ترن می تواند سرعتی معادل 430 کیلومتر در ساعت، داشته باشد.
صاحبان و طراحان این قطار مدعی هستند که هیچ وسیله حمل و نقل زمینی دیگری وجود ندارد که بتواند از نظر اقتصادی، ایمنی و سرعت با ترنس رپید، رقابت کند.
نکته قابل توجه در اینجاست که هزینه عملیاتی این ترن، تنها نصف نوع سنتی است زیرا، این ترن از فناوری برخوردار است که اصطلاحاً از آن به "فناوری بدون تماس" یاد می کنند. این قطار، کمترین احتیاج به انرژی حرکتی را دارد و در مقایسه با جاده و هواپیما، انرژی مصرفی در این قطار، 3 تا 5 برابر صرفه جویی نشان می دهد.
فناوری شناور، ترنس رپید را دارای این ویژگی که کمترین صدا را بیرون دهد ، می کند و به خاطر اینکه وسیله، به دور خط پیچیده می شود، امکان از خط خارج شدن آن به صفر می رسد.

4-6-4- تکنولوژی Transrapid در آمریکا
کنسرسیومی که از آن به عنوان "گروه خطوط مغناطیسی آمریکا"
(American magline Group) یاد می شود، شامل شرکتهای (General Atomic) GA ، ترانس رپید بین المللی (که خود شامل Thyssen، Siemens و Adtranz است)، بوز-آلن و همیلتن و شرکت فولاد هرشفیلد می باشد که به عنوان مجریان تکنولوژی Transrapid در ایالات متحده، مطرح هستند. GA، متصدی امور سیستم های شناوری، تولیدات الکتریکی، وضعیت توان و موتورهای خطی می باشد. مسئولین شرکت مدعیند، Transrapid، تنها سیستم شناوری مغناطیسی است که با تکنولوژی خود، آرامش، ایمنی، سازگاری با محیط را فراهم می آورد و می تواند حمل و نقل راحتی را حتی با سرعت 300 مایل در ساعت، تامین کند.
در ایالات متحده، مطالعات بسیاری برای احداث خط سریع السیر مغناطیسی (Maglev) میان لاس وگاس و کالیفرنیای جنوبی صورت گرفته است. این خط، 275 مایل طول دارد و احداث آن سبب کاهش حجم ترافیک بزرگراهها، افزایش کیفیت هوا، ایمنی سفر، صرفه جویی در انرژی، افزایش توریست، رشد اقتصادی و ایجاد اشتغال خواهد شد. [44]

منابع و ماخذ
]1[ نقش تیلتینگ در واگنهای مسافری سریع، محمد حسین یونسی زاده، مرکز تحقیقات راه آهن
]2[ ارزیابی مزایای قطارهای Tilting، ا. میرآبادی – اف. اشمید – دانشگاه شیفیلد، چهارمین همایش حمل و نقل ریلی، دانشکده فنی دانشگاه تهران، آذر 77
]3[ بررسی سیستم های Tilting در واگن های مسافری، حمید رضا امیدوار، 1377.
]4[ معرفی سیستم های Tilting یا متعادل کننده بدنه واگم و انواع آن ، محمدرضا عابد ، شاهین موسوی ، گزارش شماره ]1[ ، امور تحقیق و طراحی .
] 5[ قطار TGV، یک حکایت موفق. گزارش شرکت مترا، 3777 الف کتابخانه مترا
]6[ قابلیتهای قطار سریع TGV، امیرهوشنگ آزادی، مجله مرکز تحقیقات راه آهن، شماره 77

فهرست مطالب
1- کلیات 1
1-1- مقدمه : 1
1-2- ادبیات فنی 3
1-2-1- حمل و نقل سریع ریلی (تعریف) 3
1-2-2- قطار سریع (تعریف) 3
1-2-3- قطار بسیار سریع (تعریف) 3
1-3-سریعترین قطارها: [30] 5
1-3- منافع اجتماعی – اقتصادی سیستم ریلی سریع 6
قطارهای Maglev (بالشتک مغناطیسی) 11
4-1- پیش درآمد 11
4-2- اساس کار قطارهای Maglev 12
4-3- معایب سیستم تعلیق مغناطیسی [37,35,34] 14
4-4- مزایای سیستم تعلیق مغناطیسی 16
4-5-1- انواع قطارهای maglev 17
4-6- مروری بر قطارهای Maglev موجود 19
4-6-1- قطارهای مغناطیسی ژاپن 19
4-6-2- قطارهای مغناطیسی آلمان 20
4-6-3- تکنولوژی Transrapid آلمان در چین 26
4-6-4- تکنولوژی Transrapid در آمریکا 27
منابع و ماخذ 29

1 – کشورهای آمریکا و آلمان با استفاده از تکنولوژی بالشتک مغناطیسی، توانسته اند که به سرعتهای بیش از 300 کیلومتر در ساعت دست پیدا کنند.
2 – قطار بین دو ایستگاه، بدین معنی است که یک قطار در طول راه بتواند به حداکثر سرعت خود نزدیک شود یعنی با بالاترین سرعت ممکن حرکت کند
3 – یعنی معادل 8.6 ماخ
4 – طرح shinkansen ژاپنی ها، در طی 40 سال گذشته هیچ تلفاتی نداشته . در برابر 45600 نفر تلفات جاده های این کشور. این آمار برای قطارهای معمولی ژاپن، 190 نفر است. [34]
5 – طبق آمار سال 2001، این قیمت واحد، برای سیستم ریلی سریع، 10 سنت در هر کیلومتر – مسافر است درحالی که این قیمت برای هواپیما، 42 سنت و برای اتومبیل، 27 سنت می باشد [35]
6- Magnetic Leviation
7 – طبق تعریف، قطار عبارت از یک مجموعه طولانی از وسایلی که در یک جهت حرکت می کنند.
8-More lesses
9- EMS (Electromagnetic system)
10 -EDS (Electrodynamic system)
—————

————————————————————

—————

————————————————————