Конструкции и электрооборудование высокоскоростного наземного транспорта

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ — СПЕЦИАЛИТЕТ 

серия основана в 1 9 9 6  г.

Д.В. ПЕГОВ 
А.М. ЕВСТАФЬЕВ
A. С. МАЗНЕВ
B. А. ВАСИЛЬЕВ 
А.Н. СЫЧУГОВ

КОНСТРУКЦИИ 
И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ 
ВЫСОКОСКОРОСТНОГО 
НАЗЕМНОГО ТРАНСПОРТА

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рекомендовано Экспертным советом по рецензированию 
Московского государственного университета путей сообщения, 
уполномоченным приказом Минобрнауки России 
от 15 января 2007 г. №  10, к использованию в качестве 
учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности 
«Подвижной состав железных дорог» 
(регистрационный номер рецензии 262 от 11 июня 2013 г. 
базового учреждения ФГАУ «Федеральный институт развития образования»)

Эл е к т р о н н о

znanium.com

Москва

ИНФРА-М

2021

УДК 629.43(075.8) 
ББК 39.29я73

П23

Авт оры:

Д.В. Пегов, А.М. Евстафьев — введение; А.С. Мазнев, В.А. Васильев — глава 1; Д.В. Пегов, А.М. Евстафьев, А.Н. Сычугов — главы 2, 3; 
А.С. Мазнев, В.А. Васильев, А.Н. Сычугов — глава 4

Р е ц е н з е н т ы :

Глущенко М.Д., доктор технических наук, заведующий кафедрой 
«Электрические машины» Московского государственного университета путей сообщения;

Андреев В.Е., первый заместитель начальника Департамента технической политики ОАО «РЖД»

Пегов Д.В.

П23 
Конструкции и электрооборудование высокоскоростного наземного 
транспорта : учебное пособие /  Д.В. Пегов, А.М. Евстафьев, А.С. Мазнев [и др.]. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 267 с. — (Высшее образование: Специалитет). — DOI 10.12737/1012744.

ISBN 978-5-16-014940-0 (print)
ISBN 978-5-16-109662-8 (online)
Рассмотрены вопросы истории развития высокоскоростного транспорта, принципы работы и устройство механического и электрического 
оборудования, особенности технического обслуживания и эксплуатации 
современных высокоскоростных поездов.

Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов высшего образования последнего поколения.

Предназначено для студентов вузов железнодорожного транспорта, 
обучающихся по специальности «Подвижной состав железных дорог» 
и направлению «Электроэнергетика и электротехника», а также может 
быть полезно для инженерно-технических работников, связанных с эксплуатацией и обслуживанием высокоскоростных поездов.

УДК 629.43(075.8) 
ББК 39.29я73

ISBN 978-5-16-014940-0 (print) 
ISBN 978-5-16-109662-8 (online)

© Пегов Д.В., Евстафьев А.М., 
Мазнев А.С., Васильев В.А., 
Сычугов А.Н., 2014, 2021

Введение

17 декабря 2009 г. в первый рейс из Москвы в Санкт-Петербург 
отправился поезд «Сапсан». Таким образом была запущена Национальная система высокоскоростного движения. Это событие явилось крупнейшей вехой в истории не только железнодорожного 
транспорта, но и государства в целом. Следующим этапом развития стала организация регулярного движения таких поездов между 
Нижним Новгородом, Москвой и Санкт-Петербургом. С момента 
начала осуществления коммерческой эксплуатации «Сапсана» проект «РЖД» оказался одним из самых успешных. Другим инновационным проектом развития скоростного движения с участием России стал запуск 12 декабря 2010 г. скоростных поездов «Аллегро» 
между Россией и Финляндией. Скоростные электропоезда «Сапсан» 
и «Аллегро» кардинально отличаются от парка подвижного состава не только своим дизайном, но и принципиально новым внутренним техническим оснащением.

Согласно указу Президента Российской Федерации № 321 «для 
организации и обеспечения высокоскоростного железнодорожного 
движения необходимы высококвалифицированные кадры. Правительство РФ должно принять меры, направленные на их обучение 
и подготовку». В 2011 г. был введен Федеральный государственный образовательный стандарт, в специальность 190300 «Подвижной состав железных дорог» включена специализация «Высокоскоростной наземный транспорт». Петербургский государственный 
университет путей сообщения выступил инициатором подготовки 
студентов по новой специализации. В 2006—2007 гг. сотрудники 
университета разработали отраслевые дополнения к государственному образовательному стандарту.

Для обеспечения высокого качества обслуживания нового подвижного состава необходимы высококвалифицированные специалисты, знающие особенности конструкции, электрооборудования, 
методы и средства технического обслуживания, альтернативные 
системы тяги, в частности высокоскоростной наземный транспорт 
с левитацией, состояние и перспективы применения высокоскоростного наземного транспорта.

3

Для восполнения пробела в учебной литературе по высокоскоростному транспорту сотрудниками кафедры «Электрическая тяга» 
ПГУПСа было разработано настоящее учебное пособие. В книге 
рассмотрены вопросы истории развития высокоскоростного движения, принципы работы и устройство механического и электрического оборудования, организация технического обслуживания и 
особенности эксплуатации современных высокоскоростных поездов.

Авторы выражают глубокую признательность за большой труд по 
рецензированию и ряд ценных замечаний, учтенных при доработке учебного пособия, рецензентам М.Д. Глущенко и В.Е. Андрееву.

4

Глава 1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ 

ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ДВИЖЕНИЯ

1.1. Европейский опыт

Италия. Первый проект специализированной железнодорожной 
высокоскоростной магистрали (ВСМ) зародился не в Японии или 
во Франции, а в Италии. В 1905—1907 гг. был подготовлен план 
развития существующего теперь железнодорожного коридора Милан—Болонья—Флоренция—Рим—Неаполь, который предполагалось создать для скоростного движения. Магистраль называлась 
Диреттиссима (Direttissima — от итальянского diretta — прямая).

В 1913 г. на головном участке Болонья—Флоренция начались 
строительные работы, прерванные первой мировой войной и продолженные в 1920-е гг., завершившиеся к 1934 г.

20 июля 1939 г. была организована Опытная поездка электропоезда серии ETR 200 (рис. 1.1) по линии Direttissima от Флоренции до Милана.

Трехвагонный поезд ETR 200 массой ПО т постоянного тока с 
продолжительной мощностью тяговых электродвигателей 1100 кВт

Рис. 1.1. Электропоезд ETR 200

5

при повышенном напряжении в контактной сети до 4 кВ. Путь 
длиной 314 км поезд прошел за 1 ч 55 мин с маршрутной скоростью 164 км/ч. До ввода в эксплуатацию поездов Синкансен на линии Токио—Осака (Япония) в 1964 г. это была наибольшая маршрутная скорость, достигнутая где-либо в мире на столь протяженном участке. Во время рейса поезд достиг максимальной скорости 202,8 км/ч.

В начале 1960-х гг. железные дороги Италии подошли к реализации проекта своей первой ВСМ, который осуществлялся в 
1968—1991 гг. Сооружение новой линии Direttissima Рим—Флоренция, рассчитанной на движение со скоростью до 250 км/ч, было начато раньше, чем строительство линий для поездов TGV во Франции, однако еще до завершения она, увы, устарела по ряду технических параметров. Инфраструктура линии, прежде всего путь, а 
также электрификация на постоянном токе напряжением 3 кВ, 
уже не соответствуют современным представлениям. Кстати, намечено перевести эту ВСМ на переменный ток 25 кВ с частотой 
50 Гц.

В 1986 г. в Италии была разработана программа создания сети 
ВСМ, включающая строительство линий суммарной протяженностью около 1100 км. Их начертание на карте страны имеет вид буквы 
Т, верхнюю «перекладину» которой образует направление Турин— 
Милан—Венеция, а «ножку» — направление Милан—Болонья— 
Флоренция—Рим—Неаполь. Таким образом высокоскоростной 
сетью будут соединены практически все крупные города страны.

Новые ВСМ, рассчитанные на движение с максимальной скоростью 300 км/ч, проектируют с рельсовой колеей, имеющей кривые с минимальным радиусом 5450 м и уклоны предельной крутизны 15 %о, с питанием от переменного тока.

В 1953 г. были построены три семивагонных электропоезда ETR 
300 Сеттебелло (Settebello) из вагонов класса «люкс» (рис. 1.2). Поезда предназначались для линий, электрифицированных на постоянном токе 3 кВ, развивали технические идеи, заложенные в поезде 
ETR 200. Поезда ETR 300 состоят из обычных и сочлененных вагонов. Всего в поезде 10 двухосных тележек, из них шесть моторных 
и четыре промежуточных поддерживающих. Двенадцать тяговых 
двигателей продолжительной мощностью 187 кВт (всего 2244 кВт) 
позволяют разгонять поезд до максимальной скорости 200 км/ч.

6

В тот же период были выпущены электропоезда серии Ale 601, 
которые формировались из трех моторных вагонов и имели несколько модификаций, различавшихся числом мест в вагонах первого и второго класса. В 1963 г. во время опытной поездки на линии 
Рим—Пиза поезд Ale 601 кратковременно развил скорость 270 км/ч.

Поезда «Пендолино» (Pendolino). В 1974 г. был изготовлен четырехвагонный поезд ETR 401 Пендолино (Pendolino) рис. 1.3. По
Рис. 1.2. Электропоезд ETR 300

Рис. 1.3. Электропоезд ЕТК 401

7

езд состоял из четырех моторных вагонов на двухосных тележках, 
каждая из которых имела одну движущую колесную пару (внутреннюю по отношению к центру вагона). Осевая нагрузка при полной 
населенности поезда — 11т. Были установлены тяговые двигатели постоянного тока последовательного возбуждения с номинальным напряжением 1,5 кВ. Регулирование частоты вращения осуществлялось пусковыми резисторами при последовательно-параллельном соединении тяговых двигателей. Конструкционная скорость поезда 250 км/ч.

Основной технической новинкой поезда ETR 401 стала система маятниковой подвески кузовов вагонов с устройством их принудительного наклона на нужный угол при прохождении кривых. 
Механизмы привода наклона кузовов управлялись с помощью датчика, расположенного на первой тележке по направлению движения поезда. Исходным параметром для задания угла наклона являлось некомпенсированное центробежное ускорение, которое определялось как функция скорости и возвышения наружного рельса кривой. Крепление токоприемников на вагонах было устроено 
так, что положение каретки с контактным полозом не зависело от 
наклона кузова.

В 1976 г. поезд был введен в регулярную эксплуатацию на линии Рим—Анкона, проходящей по сильно пересеченной местности и изобилующей кривыми малого радиуса.

К 1985 г. после почти десятилетнего срока вполне успешной 
эксплуатации поездов ETR 401 были сформулированы технические требования на новый поезд, получивший серийное обозначение ETR 450 (рис. 1.4). Электропоезд ETR 450 состоит из 11 вагонов, 10 из которых моторные. Механическая часть поезда ETR 
450 и система наклона кузовов вагонов близки по конструкции к 
предшествующей модели. Кузов вагона опирается на тележки через две группы центральных цилиндрических пружин.

Третьим поколением поездов Pendolino стал поезд ETR 460 
(рис. 1.5), созданный в 1992 г. Поезда ETR 460 имеют конструкционную скорость 250 км/ч и состоят из девяти вагонов (шести 
моторных, объединенных в секции по два вагона, и трех прицепных). Четыре тяговых двигателя каждой секции питаются от одного комплекта преобразовательного оборудования. Концевые вагоны с кабинами управления являются прицепными. По сравне
8

Рис. 1.4. Электропоезд ETR450

Рис. 1.5. Электропоезд ETR 460

нию с предшествующими моделями значительно изменился внешний облик нового поезда.

Отличительной особенностью тележки является крепление буксовых узлов, позволяющее осям колесных пар устанавливаться по 
радиусу кривых, что снижает сопротивление движению, уменьшает подрез гребней колес и повышает комфортность поездки.

Управление системой наклона кузова улучшено благодаря использованию микропроцессорных устройств. Механизм наклона 
имеет гидроцилиндр и маятниковую подвеску, конструкция является развитием предыдущих моделей.

9

Тяговое оборудование поезда включает преобразователи на GTO- 
тиристорах, питающихся от контактной сети постоянного тока 
3 кВ и подающих напряжение, регулируемое по частоте, на тяговые асинхронные двигатели. Продолжительная мощность каждого 
двигателя равна 500 кВт, всего поезда — 6000 кВт.

В 1985 г. руководство железных дорог Италии приняло решение 
о создании принципиально нового односистемного высокоскоростного поезда ETR 500 без наклона кузовов вагонов, предназначенного для эксплуатации как на обычных железнодорожных линиях, 
так и на ВСМ со скоростью до 300 км/ч.

В ходе предпроектных исследований рассматривались следующие концептуальные варианты поезда:

— с сосредоточенной тягой (локомотивный вариант) и прицепными вагонами на обычных независимых двухосных тележках;

— с распределенной тягой (моторвагонный вариант);
— с сочлененными вагонами на общих промежуточных тележках 
для смежных вагонов.

Выбран был вариант электропоезда с двумя концевыми моторными (без мест для пассажиров) и промежуточными прицепными вагонами с индивидуальными тележками. Следует иметь в виду, что под термином «моторный вагон» применительно ко многим современным европейским высокоскоростным электропоездам 
в отличие от отечественной практики понимается, в сущности, 
электровоз, по габаритам и внешнему дизайну подобный прицепным вагонам и не отцепляемый от состава постоянного формирования.

В апреле 1988 г. был изготовлен первый опытный поезд, получивший обозначение ETRX 500 и состоявший из моторного вагона 
и прицепного вагона-лаборатории. Целью создания этого варианта была отработка механического и электротягового оборудования.

Серийный поезд ETR 500 (рис. 1.6) состоит из двух концевых 
моторных и 11 прицепных вагонов, общее число которых может изменяться от восьми до 14. Электрическая силовая схема односистемного моторного вагона включает в себя входной фильтр, входной преобразователь, промежуточный фильтр и инверторы, от которых питаются два асинхронных тяговых двигателя одной тележки. 
Автономные инверторы напряжения выполнены на базе GTO-тиристоров с масляным охлаждением. Оборудование электродинами
10