القاطرات: ما نعرفه عن عربات السكك الحديدية ذاتية الدفع

ساعدت الكهرباء في إنشاء قاطرات قوية وسريعة بشكل لا يصدق دون وجود عوادم كاوية. في النصف الأول من القرن العشرين ، هم الذين ساعدوا في زيادة نقل البضائع والركاب ، والتي لم تستطع قاطرات البخار القديمة التعامل معها. الآن احتلت القاطرات الكهربائية مكانتها ، حيث تشارك الأعضاء وخطوط السكك الحديدية مع قاطرات الديزل. بالنسبة لأولئك الذين يعرفون المزيد عن القاطرات أكثر من لا شيء ، قمنا بإعداد هذا المنشور. سوف نتحدث فيه عن أول قاطرات كهربائية في القرن التاسع عشر ، أصل الطرق المكهربة في الاتحاد السوفيتي واليابان.

القطارات الكهربائية الأولى

في القرن التاسع عشر ، حاول المخترعون العثور على مجالات جديدة لتطبيق الكهرباء. في عام 1837 ، ابتكر الاسكتلندي روبرت ديفيدسون نموذجًا لعربة السكك الحديدية الكهربائية ، وفي عام 1842 قدم أول قاطرة كهربائية من جالفاني بخلايا كلفانية. تم اختبار جالفاني في اسكتلندا على جزء من طريق جلاسجو - إدنبره ، حيث سافر أكثر من كيلومترين بحمل 6 أطنان بسرعة 6 كم / ساعة. بسبب قوتها المنخفضة وتكلفتها العالية (كانت صيانة البطاريات أكثر أربع مرات من احتراق الفحم) ، توقف ديفيدسون عن تحسين اختراعه.

في عام 1851 ، أطلق تشارلز بيج ، أستاذ معهد سميثسونيان ، قطاره الكهربائي بسرعة 30 كم / ساعة على الطريق بين واشنطن وبلاديسبيرغ الأمريكية.


الرسم - هذا كل ما جاء إلى أيامنا من سيارة تشارلز بيج الكهربائية. المصدر: ويكيميديا

منذ عدة عقود ، كان المخترعون يقترحون أفكارًا لتحسين السيارات الكهربائية. قام Michael Faraday بتطوير مولد كهربائي يسمح لك باستمرار بتوليد تيار كبير (على عكس خلايا كلفانية منخفضة الطاقة ومكلفة). ونتيجة لذلك ، في عام 1879 ، في معرض برلين ، بنى فيرنر فون سيمنز خط سكة حديدية طوله 300 متر ، إلى جانب قطار ركاب قاطرة كهربائية وثلاث عربات مع مقاعد تلقى تيار مستمر قدره 150 فولت من السكك الحديدية الثالثة. تم توليد الكهرباء عن طريق دينامو بخار مركب في جناح قريب. طور محرك القاطرة الكهربائية 2.2 كيلو واط (3 حصان) من الطاقة ووصل إلى سرعة 13 كم / ساعة. خلال المعرض ، لمدة أربعة أشهر ، نقل التكوين 86 ألف مسافر ، دفع كل منهم 20 pfennigs للحصول على تذكرة للذهاب إلى الجمعيات الخيرية. يمكن اعتبار معرض برلين وقطار سيمنز أول مثال للنقل التجاري بواسطة السكك الحديدية الكهربائية.

أدى ظهور القطارات الكهربائية عالية السرعة إلى تمهيد مسارات السكك الحديدية إلى المكان الذي تم فيه طلب مدخل محرك البخار بدخانه وبخاره - تحت الأرض. تم افتتاح خط سكة حديد تحت الأرض بطول 5.6 كم في لندن في عام 1890 ، وتم تسليم 16 قاطرة كهربائية بسعة 36.7 كيلووات بواسطة Mather & Platt و Siemens Bros. كان لندن تحت الأرض.

في عام 1895 ، ظهر امتداد مكهرب طوله 11 كم على طريق السكك الحديدية الأمريكية في بالتيمور - أوهايو ، ويقع جزء منه تحت الأرض في المدينة. ومع ذلك ، انتقل كهربة السكك الحديدية في الولايات المتحدة ببطء.

بدأ بناء أول خط سكة حديد روسي بين سانت بطرسبرغ وكراسنايا غوركا في عام 1913 ، ولكن اندلاع الحرب العالمية الأولى أوقف المشروع - القسم المشيد إلى سانت بطرسبرغ ستريلنا مُعطى الآن لحركة الترام (الطريق رقم 36). بعد الثورة ، وفقًا لخطة كهربة البلاد ، بدأ البناء النشط للسكك الحديدية للقاطرات الكهربائية ، وقد تم وضع أولها عام 1926 من باكو إلى سابنشي. ثم بدأت القطارات الكهربائية تظهر على الطرق القادمة من موسكو.

لم يكن إنتاج القاطرات الكهربائية في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في ذلك الوقت موجودا بعد ، لذلك ، في عام 1932 ، تم شراء 8 قاطرات للطرق الجديدة من شركة جنرال إلكتريك ، وتم تزويد اثنين منهم فقط بمحركات كهربائية ، وكان من المفترض أن تستخدم المحركات الستة الأخرى محركات محلية.


SI هي واحدة من أول القاطرات الكهربائية المستوردة في الاتحاد السوفياتي. المصدر: ويكيميديا

تم استدعاء نموذجين مجهزين بالكامل C10 ، وست قطع من الشغالات والقاطرات الكهربائية التي صنعت في وقت لاحق قاطرة ، والتي صنعت من أجلها دينامو مصنع 340 كيلوواط ، كانت تسمى بشكل غير عادي SS - Suramsky سوفيتية ، سميت باسم ممر Suramsky ، والتي تم شراؤها في الأصل. أخيرًا ، تم إيقاف قاطرات عائلة C المعدلة في عام 1979 فقط.

من الناحية الرسمية ، لم تكن قوات الأمن الخاصة قاطرة كهربائية سوفيتية ، لأن النموذج المستورد قد اتخذ كأساس. لذلك يجب اعتبار أول قاطرة كهربائية محلية VL19 لعام 1932 ، والتي تم تصميمها حقًا في الاتحاد السوفيتي.


VL19 ، أول قاطرة كهربائية سوفيتية الصنع. المصدر: ويكيميديا

لا يوجد مكان للقاطرات الكهربائية

والمثير للدهشة أن القاطرات القوية والفعالة للسكك الحديدية المكهربة لم تتجذر في كل مكان. نظرًا للحاجة إلى إنشاء بنية تحتية مكلفة ، أصبح الجر الكهربائي شائعًا في البلدان الصغيرة وخطوط الجذع والأماكن ذات التضاريس الصعبة. لكن تاريخ القاطرات الكهربائية في الولايات المتحدة مثير إلى حد ما.

كانت الولايات المتحدة أول دولة تبدأ بالكهرباء في السكك الحديدية. في بداية القرن العشرين ، تحول الساحل الشرقي للبلاد إلى الجر الكهربائي - مكهرب جميع الفروع الرئيسية مع انقضاض كان باهظ الثمن ، لذلك تم نقل الركاب بين الدول المجاورة للقاطرات الكهربائية. ولكن مع تعميم محركات الديزل واختراع قاطرة الديزل ، بدأت القاطرات الكهربائية في الاستيلاء تدريجياً. تعمل قاطرات الديزل على أي مسار دون أسلاك ومحطات فرعية للجر ، ومع الرحلات النادرة ، خرج الديزل أرخص من الكهرباء. إذا كانت كهربة اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية قد ولدت فائضًا في الكهرباء بسبب إنشاء محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية ، فقد تم إنتاج الكهرباء في أمريكا بشكل أساسي عن طريق حرق الفحم.


غادر وسيم A (GE-750) السكك الحديدية الأمريكية في أوائل الثمانينات. بالمناسبة ، تم تصميم القاطرة الكهربائية في الأصل من أجل الاتحاد السوفياتي ، ولكن بسبب الحرب الباردة ، لم تصل إلينا أبدًا. المصدر: ويكيميديا ​​/ درو جاكشيتش

أثرت الحرب العالمية الثانية لفترة وجيزة على تفضيلات عمال السكك الحديدية - حيث تم إرسال البنزين والديزل ، اللذين أصبحا وقودًا للمعدات العسكرية ، إلى احتياجات الجيش ، لذلك أصبحت القاطرات الكهربائية مرة أخرى نوعًا أكثر ربحية من القاطرة. استمر كهربة السكك الحديدية حتى أوائل الخمسينيات ، وبشكل أكثر تحديداً ، حتى الانتعاش الاقتصادي بعد الحرب. تباطأت الطائرات والبناء النشط لممرات الإسفلت والمحركات في البلاد ليس فقط كهربة ، ولكن أيضا تطوير النقل بالسكك الحديدية من حيث المبدأ. بحلول القرن الحادي والعشرين ، بقي 220،000 فقط من 409 ألف كيلومتر من المسارات ، و 80٪ منهم يفتقرون إلى اتصالات المسافرين. الحقيقة قاسية: تسير الطائرات والشاحنات بشكل أسرع وأرخص.

توجد الآن السكك الحديدية المكهربة في الولايات المتحدة الأمريكية فقط على خطوط الضواحي والعديد من الفروع بين الولايات الشرقية ، وتتحرك قاطرات الديزل على طول المسارات المتبقية ، التي لم يتم تفكيكها بعد.

الطريقة اليابانية الخاصة

في اليابان ، أصبحت السكك الحديدية هي الشكل الرئيسي لنقل الركاب ، تمرغ حرفيًا في الحمض النووي الوطني. في أي بلد آخر في العالم ، لا تنقل القطارات أكبر عدد من المسافرين في اليابان. إذا كانت السكك الحديدية في روسيا تنقل حوالي 1.15 مليار مسافر سنويًا (باستثناء المترو) ، فعندئذ في اليابان ، مع شبكة أقصر بثلاث مرات ، أكثر من 9 مليارات ، وهذا مع سكان البلاد البالغ عددهم 122 مليون! وفي الصين الضخمة (1.386 مليار نسمة) والهند (1.399 مليار نسمة) ، تنقل القطارات 3 مليارات و 8.26 مليار مسافر سنويًا ، على التوالي.

تتميز السكك الحديدية اليابانية بأنها فريدة من نوعها حيث تستخدم البلاد أربعة أنواع من المقاييس في وقت واحد ، والأكثر شيوعًا هو مقياس كيب الضيق بعرض 1067 ملم (22،300 كم ، 13،200 كيلومتر مكهرب). المقياس الأوروبي (1435 مم) به 3978 كم من المسار ، والمقياس الاسكتلندي النادر (1372 مم) - 96 كم وأخيراً 48 كم من المقياس الضيق (762 مم). للمقارنة ، فإن مقياس الجنزير في روسيا هو 1520 مم.


قسم الطريق إلى سخالين ، حيث يتدفق الرأس إلى الروسية. المصدر: ويكيميديا

تم افتتاح أول خط للسكك الحديدية في اليابان في عام 1872 ، ومنذ هذه اللحظة تم بناء مسارات Cape Gauge في البلاد. الآن لا يوجد رأي لا لبس فيه لماذا أخذت اليابان المقياس الضيق كأساس لطرقها. ويعتقد أن هذه كانت إرادة مسؤول دقيق الذي فضل شبق الرأس فقط بسبب رخص بنائه وفعالية تكاليف القطارات المقابلة من حيث التكلفة. بعد ذلك ، تحولت هذه الميزة إلى مشكلة لتطوير النقل بالسكك الحديدية عالية السرعة ، مما أدى إلى ظهور طريق أوروبي بديل.

وقعت أول تجربة ناجحة لليابان مع المقياس الأوروبي في عام 1934 ، عندما تم إطلاق قطار Asia-Express بين مدينتي Dalian و Changchun في جنوب منشوريا ، والتي تطورت في ذلك الوقت بسرعة 130 كم / ساعة ، والتي كانت ضخمة في ذلك الوقت. بفضل المقياس العريض ، كان لدى Asia Express عربات مريحة ومكيفة الهواء مع منصة مشاهدة.


يمكن الآن رؤية قاطرة نفس قطار آسيا في متحف شنيانغ للسكك الحديدية. المصدر: ويكيميديا ​​/ Arnie97

قبل فترة وجيزة من الحرب ، كانت السلطات اليابانية ، التي ترى الآفاق الاقتصادية للمقياس الأوروبي ، تستعد لمشروع نفق للسكك الحديدية إلى شبه الجزيرة الكورية ، ولكن في عام 1943 كان عليها أن تتخلى عن الفكرة ، وكذلك شركة Asia Express.

بعد الحرب ، استمرت اليابان في توسيع شبكتها ذات المقياس الضيق ، لكن المقياس الأوروبي لم ينس. يتطلب النمو الاقتصادي إنشاء خطوط عالية السرعة ، لكن خطوط مسار Cape الحالية لم يتم تكييفها للسفر بسرعة تفوق 110 كم / ساعة. ولد مشروع شينكانسن ، الذي كان جوهره بناء خطوط جديدة لقطارات الركاب عالية السرعة التي تربط أكبر المدن في جميع أنحاء البلاد. كان يعتمد على المسار الأوروبي.


أدى افتتاح Shinkansen إلى ارتفاع حركة المسافرين بسرعة عالية في اليابان. في الصورة تكوين سلسلة Shinkansen 0. المصدر: KYODO

في عام 1964 ، تم إطلاق Shinkansen رسميًا ، المحطة الأولى التي تربط أوساكا وطوكيو. يعمل القطار الكهربائي Shinkansen Series 0 على التيار المتردد بقدرة 25 كيلو فولت ، 60 هرتز ، ويبلغ قوته 15877 كيلو وات وتسارع إلى 210 كم / ساعة. منذ ذلك الحين ، امتدت شبكة خطوط شينكانسن من أقصى جنوب البلاد إلى جزيرة هوكايدو الشمالية - وهي نفس المسافة التي ذكرتها سابقًا والتي بلغت 3989 كم. تسير قطارات شينكانسن الكهربائية الحديثة بسرعة تصل إلى 260 كم / ساعة لأسباب تتعلق بالسلامة.

من المثير للدهشة ، أنه حتى ذروة الرقم القياسي لحركة الركاب ، تمثل السكك الحديدية اليابانية نسبة ضئيلة للغاية من البضائع - حوالي 1 ٪ من حركة المرور في جميع أنحاء البلاد. الذي ، ومع ذلك ، لم يؤثر على تطوير صناعة القاطرة. تنتج العديد من الشركات اليابانية الكبيرة ، بما في ذلك Toshiba ، قاطرات كهربائية مهمة للغاية واقتصادية ، ويتم تصدير معظمها. على سبيل المثال ، تعمل السكك الحديدية الصناعية في جنوب إفريقيا على قاطرات Toshiba الكهربائية ، كما يتم توصيلها إلى الصين والهند وتركيا ونيوزيلندا.

مساهمة توشيبا

في عام 1926 ، رأى قاطرة شيبورة الكهربائية الأولى الضوء. كان نموذج بطارية AB10 ، بتكليف من ترسانة الجيش الياباني. واجه شيبورا مهمة تطوير قاطرة لم تنتج الشرر. ليس مستودع الذخيرة أو مصنع الكيماويات هو أفضل مكان لإشعال النار باستخدام البونوجراف أو صندوق النار. في عام 1931 ، تم إعادة بناء AB10 للاستخدام على نطاق واسع ، واستبدال البطاريات مع المخططات للحصول على الطاقة من شبكة الاتصال ، وأعطى مؤشر EB10.

بالمناسبة ، عادت السكك الحديدية اليابانية مرة أخرى إلى فكرة قاطرة البطارية في القرن الحادي والعشرين. قامت توشيبا بإنشاء أول سيارة هجينة يابانية من قاطرة الديزل وقاطرة كهربائية تعمل ببطاريات الليثيوم أيون نوع HD300. يلبي الهجين متطلبات الاقتصاد والود البيئي: أثناء التشغيل ، يعمل الطراز HD300 بمحرك ديزل يعيد شحن البطاريات أيضًا. ولكن في المدينة أو أثناء المناورة ، يتحول الهجين إلى طاقة كهربائية مستقلة ، والتي تستبعد بالكامل عادم الديزل. صحيح أن قوة نوع HD300 متواضعة للغاية - فقط 500 كيلوواط.


اكتب HD300 - أول قاطرة هجينة كهربائية / ديزل يابانية. ليست عالية للغاية عزم الدوران ، ولكن تنوعا وصديقة للبيئة. المصدر: توشيبا

لكن الطراز EH800 ، أقوى قاطرة كهربائية يابانية ، لديه 4000 كيلوواط.


يُعد الطراز EH800 من Toshiba أقوى قاطرة كهربائية يابانية حتى الآن ، حيث يبلغ صافي القدرة 4000 كيلووات. المصدر: توشيبا

لا تجمع Toshiba القاطرات الكهربائية فحسب ، بل تعمل دائمًا أيضًا على الابتكارات. الآن تستخدم قاطرات الشركة محركات متزامنة محكمة الغلق مع مغناطيس دائم ، يتميز بالهدوء ويتمتع بمورد مرتفع بسبب الحماية من الغبار والأوساخ ، والتي تستقر حتماً داخل محركات مبردة بالهواء غير مضغوطة. وفقا لنتائج البحوث الروسية ، هذه المحركات هي اقتصادية وفعالة.


محرك متزامن المغناطيس الدائم من Toshiba يجعل القطارات الكهربائية هادئة ودائمة واقتصادية. المصدر: توشيبا

الأكثر الأكثر ...

• ما هو أقوى قاطرة في العالم؟ من بين الطرازات ذات المقطع الواحد ، تعتبر HXD3B الصينية بهذا الحجم ، حيث تزن 150 طنًا وتصدر 9600 كيلو واط. ولكن من بين القاطرات الكهربائية متعددة الأقسام ، تحتل الطائرة الروسية 4ES5K ، المؤلفة من أربعة أقسام ، قاعدةً مستقيمةً. لقد تجاوزت قوتها البالغة 3120 كيلو واط من الطاقة رسميا 3ES10S (13،200 كيلوواط) ، والتي ، مع ذلك ، لا يمكن اعتبارها منتجًا واحدًا.

تعتبر الروسية 4ES5K أقوى قاطرة كهربائية ، وهي منتج واحد. المصدر: ويكيميديا ​​/ Xenotron

• أسرع قطار حتى الآن هو الوسادة المغناطيسية اليابانية L0 Series (MagLev) ، والتي تسارعت في عام 2015 إلى 603 كم / ساعة. لكن إذا تحدثنا عن قطارات السكك الحديدية التقليدية ، فإن الركاب الفرنسيين TGV V150 يحمل رقما قياسيا قدره 574 كم / ساعة.

سلسلة L0 اليابانية هي أسرع قطار في العالم. المصدر: ويكيميديا ​​/ ماريلاند جوفبكس

• من بين القطارات التي تحمل قاطرة كهربائية ، تبين أن أطول قطار كان على بعد 1733 مترًا بعد رحلة خيرية في بلجيكا ، ولكن تبين أن أطول قطار مبدئي كان سفينة حاويات كندية بها قاطرات تعمل بالديزل. كان طوله لا يصدق 4.2 كم.

جزء من أطول قطار في العالم - من أول قاطرة ديزل إلى آخر سيارة ، يمتد القطار لمسافة 4.2 كم