SAOBRAĆAJ

mrs Jozef Baruhović

Železnice

Od drvenog točka do voza bez točkova

Razvoj železničkog saobraćaja bio je dvostruk: pronalasci i inovacije u industriji ugrađivale su se u železnicu i, obratno, železnica je postavljala zahteve industriji koja je potom razvijala nove tenhologije i pronalaske ugrađivala u”donji” i „gornji stroj” (donji stroj čine pruge i fiksni pružni objekti, a gornji stroj čine pokretna prevozna sredstva, lokomotive, vagoni…). Železnički saobraćaj imao je uticaja na sve oblasti ljudskog delovanja: na trgovinu, masovni prevoz putnika i razmenu dobara, poljoprivredu, razvoj zaostalih krajeva sveta, širenje velikih gradova, dovođenje radnika na rad, razmenu i protok stanovništva, strategiju ratovanja i vojnih aktivnosti… 

Energetska efikasnost

Ako se razmotri samo jedan aspekt železničkog saobraćaja (ŽS), tj. energetska efikasnost (utrošena energija pri pomeranju putnika za 1 km) u poređenju sa zauzetošću motornog vozila od cca1,2 putnika po vozilu, ispada da je železnički prevoz na elektro-vuču gotovo dvadeset puta efikasniji od drumskog prevoza. Kao primer može se navesti slučaj Lisabona, gde je električna vuča za prevoz putnika čak 20 puta efikasnija od drumskog prevoza. Zato je ŽS još uvek glavni vid putničkog i teretnog saobraćaja u većini zemalja Azije, Afrike i zapadne Evrope.

Prvi zapisi o prevozu tereta po unapred određenoj putanji pojavili su se oko 600. godine pne, u Grčkoj: kola na točkovima sa teretom kretala su se po udubljenjima izvedenim u krečnjaku, čime se održavao pravac kretanja. Posle viševekovnog mirovanja, dalji napredak ostvaren je u 16. veku: transport po unapred određenoj putanji ostvaren je pomoću drvenih šina i drvenih točkova uz konjsku vuču a korišćen je za prevoz rude iz rudnika. Točkovi na kolima, po obimu, bili su bez istaknutih ivica tj. bez oboda tako da se pravac održavao preko drvenog klina postavljenog na kolima, koji je ulazio u oplate postavljene u zemljištu. Tako se održavao pravac kretanja. Tek 1760, u upotrebu su ušle šine od livenog gvožđa, postavljene na drvene ploče.

Takav vid „šina” omogućavao je promenljivo rastojanje između točkova, a metalne ploče (šine) u obliku slova” L” omogućavale su držanje pravca. U to vreme pojavila se i profilisana šina, koja se održala do danas. Džon Kjur je 1787. postavio ispuste po celom obimu točka (po obodu). Tako je nastao dobro poznati točak koji se i danas koristi u ŽS. Liveno gvožđe za šine pokazalo se kao suviše krto i pucalo je pod težim teretima. Uvođenje Besemerovog procesa proizvodnje čelika i tehnologije izvlačenja omogućili su masovnu i relativno jeftinu proizvodnju železničkih šina. To je omogućilo, sredinom 19. veka, brzo širenje ŽS. Pojavile su se teže lokomotive i duže i teže železničke kompozicije. 

Parna vuča

Sve do kraja je 19. veka konjska vuča bila je dominantna i u železničkom saobraćaju mada su se, u to vreme, pojavile stacionarne parne mašine. Glavni razlog bio je u tome što je konjska vuča bila tiša u odnosu na parnu, koja je ispuštala dim i stvarala buku prolazeći kroz gradove i naselja. Dalji pomak u razvoji ŽS učinio Džejms Vat koji je, na stacionarnoj parnoj mašini, izvršio usavršavanja tako što je podigao pritisak pare u kotlu i paru direktno ubacivao u cilindar parne mašine.

To je stvorilo lakšu konstrukciju mašine koju je bilo moguće postaviti na točkove. Prva parna lokomotiva napravljena je 1804. u Velikoj Britaniji. Prva javna upotreba i prvo uvođenje železničkog saobraćaja za prevoz putnika i tereta izvedeno je 1830. Stivensovom lokomotivom „rocket”, na relaciji Liverpul-Mančester. 

Električna vuča

Prva poznata električna lokomotiva izgrađena je 1827. Išla je na elektični pogon, na baterije. Težila je 7 t i imala je pogon sa jednosmernim (JS) motorima. Ali, ograničeni kapacitet baterija ograničavao je njen domet i - ona je napuštena. Sledeći pomak ostvario je „Siemens” prvom tramvajskom linijom, u Berlinu, 1881. Tramvaj je za pokretanje koristio jednosmerni motor napona 180 V, napajan preko treće šine. Nešto kasnije, uvedeno je napajanje električnom energijom preko provodnika postavljenog iznad vozila, danas dobro poznate „kontaktne mreže” i pantografa. Električna vuča se pokazala kao vrlo prihvatljiv vid vuče i početkom 20. veka - u većini velikih evropskih gradova, u javni gradski i metro saobraćaj uvedena je električna vuča.

Korišćena je jednosmerna struja. Mađarski inženjer Kando je 1894. uveo prvu lokomotivu na trofazni sistem sa naizmeničnom strujom, sa asinhronim motorom. Koristio je napon od 750 V, učestanosti 40 Hz. Kontaktna mreža imala je tri provodnika, što je bilo skupo i nepraktično. Kando je usavršio električnu vuču uz primenu trofaznog sistema i 1902. podigao napon na 3000 V, priučestanosti od 15 Hz. Usavršio je trofazni sistem i 1918. izgradio obrtni fazni pretvarač koji trofaznu naizmenič- nu struju (NS) pretvara u monofaznu naizmeničnu struju. Time je znatno uprostio napajanje električnog vozila. Usavršavanje se sastojalo u tome što je sada bio potreban samo jedan provodnik za napajanje električnog vozila.

Krajnji cilj bio je ostvariti međugradski saobraćaj na dužim linijama, uz što jednostavniju (jeftiniju) kontaktnu mrežu. Italijanske železnice prve su u svetu uvele električnu vuču na međugradskoj liniji, dužine 106 km. Danas se za pokretanje elektro-vozova koriste naizmenič- na struja učestanost 50Hz i napona 25 kV, i jednosmerni motori za pokretanje pri čemi se NS pretvara u JS preko tiristirskih poluprovodničkih pretvarača. 

Dizel električna vuča

Prva dizel lokomotiva pojavila se 1894. Imala je snagu od 15kW. Kasniji razvoj dizel motora, porast njihove snage i primene na šinskim vozilima stvorili su problem prenosa snage, tj. kako tu naraslu snagu preneti na pogonske točkove šinskog vozila. Rešenje je pronađeno tako što je na pogonsku osovinu dizel motora postavljen električni generator koji je proizvodio energiju za pokretanje motora postavljenih na pogonske osovine lokomotive. Tako je stvorena dizel-električna lokomotiva koja se održala do danas. 

Vuča na magnetnom jastuku

Prvi pokušaji izgradnje Maglev-sistema učinjeni su 1940. kada je engleski inženjer Erik Leitvejt napravio prvi linearni indukcioni motor. Prednost ovog motora je da ne zahteva nikakav kontakt sa tlom (linearni motor - razvijeni indukcioni motor sa razvijeni statorom). Posle više pokušaja, 1979. puštena je vrlo kratka prva licencirana maglev-trasa, dužine 908 m, za potrebe Međunarodne izložbe u Hamburgu, 1979. Tada je uspešno prevezeno skoro 50.000 posetilaca izložbe. Prva komecijalna upotreba Maglev-sistema zabeležena je u Birmingemu, 1984, na trasi dugoj 600 m, koja je služila za povezivanje aerodrome i železničke stanice u tom gradu. Javni prevoz zasnovan na magnetnom jastuku, tzv. „Maglev-sistem” zasniva se na principu elektromagnetnog polja koje podiže i pokreće vozilo iznad tla.

Ovaj sistem nema ničeg zajedničkog sa postojećim transportnim sistemima, tj. nema pogonski motor, šine i puteve. Maglev pokreće grupa elektro-magneta, postavljenih na prednjem delu vozila (postavljenih ispod vozila) i, u sprezi sa stabilnim magnetima, privlače i vuku vozilo napred. Grupa magneta na zadnjem delu vozila (postavljenih ispod vozila), u sprezi je sa stabilnim elektromagnetima koji se odbijaju i potiskuju vozilo napred. Posebna grupa elektro-magneta izdiže vozilo za cca 15 mm iznad tla, čime je izbegnut svaki kontakt sa tlom i time svako trenje i habanje. Ostaje otpor vazdušnog strujanja koji, pri velikim brzinama, nije zanemarljiv i raste sa povećanjem brzine.

U većini Maglev-sistema izostaje potreba za električnim napajanjem vozila. Maglev-sistem ulazi u isti red, po performansama, sa vozovima velikih brzina i vazdušnim saobraćajem. Vozila zasnovana na maglev-tehnologiji nemaju pokretnih delova a to omogućava da se kreću vrlo tiho i vrlo brzo (oko 500 km/h) pri izdizanju od cca 15 mm iznad tla. Pravac kretanja vozila, vučnu silu i stabilnost pri kretanju održava grupa elektro magneta. Druga grupa elektro-magneta ili grupa magneta u superprovodnim uslovima izdiže vozilo iznad tla i time izbegava svaku vrstu trenja i kontakta sa tlom. Kod Maglev-sistema velike su mogućnosti jakog ubrzanja i usporenja, što se graniči sa izdržljivošću ljuskog organizma na ubrzanje i usporenje.

Danas Japanci i Nemci zajedno rade na prototipovima magleva i njihovom daljem testiranju i usavršavanju. Njihov pristup načinu i izvođenju se razlikuje: nemačka firma „Transrapid International” razvila je sistem elektromagnetskog vešanja EMS, gde su istog polariteta magneti koji odbijaju i podižu vozilo tako da je podizanje ostvareno i kada vozilo miruje. Po nekim procenama, maglev-voz sastavljen od 3-4 vagona troši 3 Ec po putniki i pređenoj milji, vazdušni saobraćaj 15 Ec po putniku i pređenoj milji a drumski saobraćaj 30 Ec po putniku i pređenoj milji (1 milja = 1609,34 m) ne računajući investicije. Za sada su tri drzave u svetu uvele „Maglev sistem”: Japan, Kina i Južna Koreja. „Maglev system” uveden je na vrlo frekventnim relacijama od aerodroma do transportnih centara u velikim gradovima. Primera radi, šangajski maglev, duzine 30,5 km, koji povezije tamošnji aerodrom sa predgrađem Pudong, ide brzinom od 430 km/h, i prelazi to rastojanje za 8 minuta. 

Vozovi velikih brzina

Parna vuča i dizel elektro-vuča dostigle su gornje granice u pogledu brzina na nekih 120 km/sat. Povećanje obima točkova da bi se povećala brzina bilo je ograničeno takozvanim „buksiranjem” tj. proklizavanjm toč- kova lokomotive pri polasku i relativno velikim zamajnim masama klipnjače. Dalji porast brzina odnosi se na električnu vuču. 

mrs Jozef Baruhović

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"