Поезда с наклоном кузова при поворотах

Введение

Тип поезда, который может наклоняться в поворотах

Наклоняющийся поезд – это поезд, оснащенный механизмом, позволяющим увеличить скорость на обычных железнодорожных путях. Когда поезд (или другое транспортное средство) проходит поворот на скорости, объекты внутри поезда испытывают центробежную силу. Это может привести к смещению багажа, ощущению сдавленности у сидящих пассажиров из-за подлокотников, потере равновесия у стоящих пассажиров, а при чрезмерной скорости – даже к сходу поезда с рельсов. Наклоняющиеся поезда разработаны для компенсации этого эффекта, наклоняя вагоны внутрь поворота и тем самым уменьшая воздействие перегрузки. Конструкция поезда может быть такой, чтобы наклон осуществлялся за счет инерционных сил (пассивный наклон), либо он может быть оснащен компьютерно-управляемым приводным механизмом (активный наклон). Первый вагон с пассивным наклоном был построен в США в 1937 году, а улучшенная версия – в 1939 году. Разработка была прервана началом Второй мировой войны. Компания Talgo представила версию, основанную на конструкции сочлененных тележек, в 1950-х годах, и эта концепция использовалась на ряде коммерческих маршрутов. Среди них был UAC TurboTrain, который стал первым (хотя и недолговечным) наклоняющимся поездом, поступившим в коммерческую эксплуатацию в 1968 году в США и Канаде. Параллельные эксперименты в Японии и Италии с сериями 591 и Fiat Y 0160 привели к созданию высокоуспешной серии 381, которая начала эксплуатацию в 1973 году и используется до сих пор, а также семейства Pendolino, которое в настоящее время эксплуатируется в 11 странах с 1976 года. Все эти поезда испытывали трудности на коротких поворотах, например, на сортировочных станциях, где они имели тенденцию раскачиваться. Кроме того, из-за того, что вагоны постоянно отклонялись наружу, вес смещался на внешнюю сторону поворота, что ограничивало увеличение скорости прохождения поворотов примерно на 20%. Начиная с конца 1960-х годов, British Rail начала эксперименты со своим Advanced Passenger Train (APT), который стал пионером в концепции активного наклона. В нем использовались гидравлические цилиндры, расположенные под вагонами, для наклона вагонов, вращая их вокруг центральной точки, а не отклоняя наружу. Это обеспечивало сохранение центра тяжести вагона над тележками, что снижало нагрузку на рельсы, и позволяло отключать систему наклона при прохождении стрелочных переводов. Из-за длительных задержек APT начал тестовые прогоны только в 1981 году и поступил в коммерческую эксплуатацию лишь ненадолго в 1985 году. К этому времени канадский проект LRC стал первым активным наклоняющимся поездом, поступившим в полную коммерческую эксплуатацию, начиная с Via Rail в 1981 году. Компания Fiat развила свой дизайн Pendolino в наиболее успешный тип наклоняющегося поезда, насчитывающий более 500 поездов, эксплуатируемых в Европе. Концепция активного наклона в целом была независимо разработана многими компаниями. Активные системы наклона широко используются в настоящее время.

A tilting train is a train that has a mechanism enabling increased speed on regular rail tracks. As a train (or other vehicle) rounds a curve at speed, objects inside the train experience centrifugal force. This can cause packages to slide about or seated passengers to feel squashed by the outboard armrest, and standing passengers to lose their balance, or in such excessive speeds, could even cause the train to derail. Tilting trains are designed to counteract this by tilting the carriages towards the inside of the curve, thus compensating for the g force. The train may be constructed such that inertial forces cause the tilting (passive tilt), or it may have a computer controlled powered mechanism (active tilt). The first passive tilting car design was built in the US in 1937, and an improved version was built in 1939. The beginning of World War II ended development. Talgo introduced a version based on their articulated bogie design in 1950s, and this concept was used on a number of commercial services. Among these was the UAC TurboTrain, which was the first (albeit short lived) tilting train to enter commercial service in 1968 in the US and Canada. Parallel experiments in Japan and Italy through the 591 Series and the Fiat Y 0160 developed into the highly successful 381 series which began services in 1973 and is in service today, and the Pendolino family currently being used in 11 countries since 1976. All of these had problems with short curves like those in switchyards, where they tended to sway about. Also, because of the way the carriages always swung outward, they placed more weight on the outside of the curve, which limited their improvement in cornering speed to about 20%. Starting in the late 1960s, British Rail began experiments with its Advanced Passenger Train (APT) which pioneered the active tilt concept. This used hydraulic rams on the bottoms of the carriages to tilt them, rotating them around their centre point rather than swinging outward. This had the advantage of keeping the carriage centred over the bogies, which reduced load on the rails, and could be turned off when navigating switches. Due to lengthy delays, the APT did not begin test runs until 1981 and entered commercial service only briefly in 1985. By this time, the Canadian LRC design had become the first active tilting train to enter full commercial service, starting with Via Rail in 1981. Fiat developed their Pendolino design into the most successful type of tilting train, with over 500 trains active in Europe. The concept of active tilt as a whole has been independently developed by many companies. Active tilting systems are widely used today.

Дизайн

Самолеты и велосипеды наклоняются внутрь при поворотах, а автомобили и поезда не могут делать этого самостоятельно. Транспортные средства с высоким центром тяжести, совершающие резкие повороты на большой скорости, могут опрокинуться. Чтобы облегчить прохождение поворотов, внешний край проезжей части скоростной автомагистрали или внешний рельс железной дороги могут быть приподняты (иметь наклон) в сторону кривой. Комбинация наклона и центробежной силы создает эффективное ускорение, направленное вниз через пол, уменьшая или устраняя боковую составляющую. Конкретный угол наклона ("суперелевация") определяется расчетной скоростью движения транспортного средства — более высокие скорости требуют большего наклона. Однако, с ростом стремления в 1960-х и 1970-х годах к строительству высокоскоростных железнодорожных сетей, возникла проблема: величина наклона, подходящая для высокоскоростных поездов, оказалась бы чрезмерной для местных пассажирских и грузовых поездов, движущихся с меньшей скоростью по тем же путям. Первые японские высокоскоростные поезда 1960-х годов решили эту проблему, прокладывая все новые линии в рамках программы изменения ширины колеи, и французский TGV последовал этому примеру. Другие операторы не имели такой возможности и, как правило, были ограничены значительно более низкими скоростями. Национальная железнодорожная компания Испании Renfe взяла за основу отечественную разработку Talgo и превратила ее в надежный высокоскоростной поезд для железной дороги с низкой интенсивностью движения. British Rail вложила значительные средства в технологию наклона поездов, чтобы преодолеть ограничения железнодорожной сети, расположенной в густонаселенных районах с ограниченным пространством. Итальянская компания Trenitalia и Японские национальные железные дороги использовали технологию наклона для увеличения скорости экспресс-поездов на обычных путях в гористой местности. Поезда с наклоном предназначены для уменьшения воздействия центробежной силы на организм человека, но они все еще могут вызывать тошноту, что часто наблюдалось на ранних "пассивных" поездах с наклоном, которые точно компенсировали внешнюю силу. Этот эффект можно было почувствовать при максимальной скорости и наклоне, когда сочетание наклоняющегося вида из окна и отсутствия соответствующей боковой силы могло дезориентировать пассажиров, напоминая "аттракцион". Более ограниченный и медленный наклон можно было достичь с помощью активных, или "вынужденных", механизмов наклона. В поездах, использующих эти механизмы, наклон инициируется компьютерами, которые "заставляют" кузова поездов наклоняться под определенным углом на основе данных о пути. Эта информация может храниться на борту или определяться с помощью датчика в передней части поезда или с помощью автоматических сигналов остановки поезда. Небольшая задержка в реакции на эту информацию приводит к кратковременному периоду боковой силы, пока вагоны реагируют. Было установлено, что если вагоны наклоняются в начале поворота, а не во время его прохождения, то не возникает укачивания. Исследователи обнаружили, что если величина наклона уменьшена для компенсации 80% или менее кажущейся боковой силы, то пассажиры чувствуют себя более уверенно. Кроме того, укачивание в поездах с наклоном можно практически устранить, регулируя время наклона вагонов при входе и выходе из поворотов. Аналогичная технология, широко распространенная в Азии и Океании, известная как контролируемый пассивный наклон, достигает аналогичного эффекта, используя бортовые компьютеры для ограничения наклона, инициированного инерцией (как в традиционном пассивном наклоне). Автоматические сигналы остановки используются для информирования компьютеров о точном местоположении поездов и ограничения естественного наклона углами, указанными в данных о пути.

Aeroplanes and bicycles tilt inwards when cornering, but automobiles and trains cannot do this on their own. Vehicles with high centres of gravity rounding sharp curves at high speeds may topple over. To make their turns easier, the outer edge of a roadway of a high speed highway or outer rail of a railway may be canted (raised) upward around the curve. The combination of tilt and centrifugal force combines to produce an effective acceleration that is down through the floor, reducing or eliminating any sideways component. The particular angle of tilt ("superelevation") is determined by the intended vehicle speed — higher speeds require more banking. But with a growing desire in the 1960s and 1970s to build high speed rail networks, a problem arose: the amount of tilt appropriate for high speed trains would be over tilted for lower speed local passenger and freight trains sharing the lines. Japan's early bullet train efforts of the 1960s avoided this problem by laying all new lines as part of a re gauging effort, and France's TGV followed the same pattern. Other operators did not have this luxury and were generally limited to much lower speeds. Spain's national railway Renfe took a domestic invention, the Talgo, and developed it into a reliable high speed train for a low traffic density railway. British Rail invested heavily in tilting train technology to overcome the limitations of a rail network located in space constrained built up areas. Italy's Trenitalia and the Japan National Railways have used tilting technology to speed express trains on conventional tracks through mountainous terrain. Tilting trains are meant to help reduce the effects of centrifugal force on the human body, but they can still cause nausea, a problem that was widely seen on early "passive" tilting trains that exactly balanced the outward force. The effect could be felt under maximum speed and tilt, when the combination of tilting outside view and lack of corresponding sideways force can be disconcerting to passengers, like that of a "thrill ride". More limited and slower tilt could be achieved using active, or 'forced', tilting mechanisms. In trains adopting these mechanisms tilt is initiated by computers, which 'force' train bodies to tilt at specific angles based on track information. This information could be stored on board or detected using a sensor at the front of the train or using Automatic train stop beacons. The slight delay in reacting to this information leads to a short period of sideways force while the cars react. It was found that when the cars tilt just at the beginning of the curves instead of while they are making the turns, there was no motion sickness. Researchers have found that if the tilting motion is reduced to compensate for 80% or less of lateral apparent force, then passengers feel more secure. Also, motion sickness on tilting trains can be essentially eliminated by adjusting the timing of when the cars tilt as they enter and leave the curves. A similar technology widely adopted across Asia and Oceania, known as controlled passive tilt, achieves a similar effect by using on board computers to limit tilt, initiated using inertia (as in traditional passive tilt). Automatic train stop beacons are used to inform computers of the precise location of these trains and limit natural tilt to angles specified by track data.

Скоростные поезда

Высокоскоростной наклонный поезд – это наклонный поезд, работающий на высокой скорости, которая, как правило, определяется Европейским союзом и составляет для модернизированных путей км/ч и более, а для новых путей – км/ч и более. К наклонным поездам, работающим на модернизированных путях со скоростью км/ч и выше, относятся Acela в США, X 2000 в Швеции, Pendolinos и Super Voyagers в Великобритании и ICE TD в Германии (последние два – дизель-поезда). Некоторые старые высокоскоростные линии были построены для более низких скоростей (≤ км/ч); новые наклонные поезда могут поддерживать на них более высокие скорости. Например, японский Шинкансен серии N700 может наклоняться до одного градуса на линии Токайдо Шинкансен, что позволяет поездам поддерживать скорость км/ч даже на кривых с радиусом, где ранее максимальная скорость составляла км/ч. Многие высокоскоростные поезда предназначены для работы на специально построенных высокоскоростных линиях, а затем продолжают движение по существующим линиям, модернизированным или нет. Если состояние существующих линий позволяет, наклонный поезд может развивать на них более высокую скорость, даже если она ниже общепринятого порога для высокоскоростного движения, в то время как на высокоскоростных линиях он может двигаться со скоростью км/ч и выше, обычно без использования наклона.

Маятник

Первой экспериментальной концепцией поезда с наклоном были вагоны с маятниковой подвеской, получившие название "кресла", разработанные компанией Pacific Railway Equipment Company. Первый прототип, оснащенный шарнирной тележечной системой, был построен в 1937 году и испытан в том же году на железной дороге Atchison, Topeka and Santa Fe. В 1939 году компания построила еще три предсерийных образца, используя более традиционные передние и задние тележки, которые некоторое время использовались, в частности, на поезде San Diegan. Вагон, установленный на высоких пружинах, наклонялся внутрь на поворотах, чтобы компенсировать недостаток крена за счет создаваемой центробежной силы. Начало Второй мировой войны помешало получению каких-либо заказов, и эта концепция не была возобновлена в послевоенный период.

Эксперимент SNCF

В 1956 году SNCF провела эксперименты с самоходным вагоном с маятниковой подвеской, который также использовал центробежную силу. Этот эксперимент показал необходимость активной системы подвески для наклона кузовов вагонов.

Талго Пендуляр

Испанская компания Talgo представила первую широко успешную систему с общими тележками, которая позволила соединять вагоны последовательно, используя одну тележку вместо отдельных тележек на каждом конце вагона. Такая конструкция позволяет снизить вес и уменьшить износ рельсов. В начале 1950-х годов Renfe экспериментировала с пассажирскими вагонами, сочетавшими тележку Talgo с новой пассивной системой наклона. Эта система использовала большую А-образную раму, соединенную с центром тележки и достигавшую высоты вагонов. В верхней части рамы находилась система подшипников, к которой крепились вагоны, а также пружинная и демпфирующая система для плавности хода. Благодаря соединению вагонов в этой высокой точке, они могли отклоняться в обе стороны вокруг оси подшипника, что вызывало естественное отклонение наружу на поворотах. Первым испытанием Talgo в Соединенных Штатах стал John Quincy Adams с Fairbanks Morse P 12 42, испытанный железной дорогой New York, New Haven & Hartford в 1957–1958 годах. Из-за технических проблем и сложного финансового положения железной дороги New Haven, состав был законсервирован. Эта идея заинтересовала Chesapeake & Ohio Railway, которая начала разработку UAC TurboTrain, используя ту же систему. TurboTrain начал эксплуатироваться в США и Канаде в 1968 году. Первым успешным европейским проектом по созданию наклоняющихся поездов стал Talgo в Испании, разработанный в 1970-х годах как легкий и быстрый поезд с пассивным наклоном. Испанская национальная железнодорожная компания Renfe широко внедрила эту систему, но изначально ее использование было ограничено Пиренейским полуостровом. Первое полноценное коммерческое применение пассивно-наклоняющихся поездов произошло в начале 1980-х годов с Talgo Pendular. В настоящее время Talgo производит поезда 21-го поколения. Поезда Talgo эксплуатируются в различных регионах Европы и производятся по лицензии в Латинской Америке и Азии. В Северной Америке Amtrak использует поезда Talgo на линии Cascades на северо-западе. Первыми наклоняющимися сериями Talgo были "Pendular" начиная с серии 400.

УАК ТурбоТрейн

Первым наклоняющимся поездом, поступившим в регулярную эксплуатацию в Северной Америке, был UAC TurboTrain, использовавшийся компанией Canadian National в 1968 году. Его справедливо следует считать первым в мире наклоняющимся поездом, поступившим в эксплуатацию. Он осуществлял ежедневное сообщение между Монреалем и Торонто на скорости до , пока в 1982 году не был заменен поездами Bombardier LRC, достигнув максимальной скорости во время канадских испытаний. United Aircraft Turbos также использовались компанией Amtrak на маршруте между Бостоном и Нью-Йорком. UAC Turbos имели пассивный механизм наклона, основанный на четырехрычажной схеме, и послужили вдохновением для второго поколения поездов TALGO.

Пендолино

В Италии исследования в области поезда с наклоном начались в середине 1960-х годов, а концепция была запатентована в 1967 году двумя инженерами Fiat Railway Materials, Франко ди Майо и Луиджи Сантанерой. Было построено и испытано несколько прототипов, включая автомотрису, созданную на базе ALn 668, дизельный автомобиль ALn 668 1999 года выпуска, оснащенный наклоняющимися сиденьями для проверки эффективности технологий активного наклона. Первым рабочим прототипом с наклоняющимся кузовом стал ETR Y 0160, электропоезд, запущенный FIAT в 1969 году. Он стал первым, получившим название Pendolino. Эта конструкция привела к созданию целого электропоездного состава в 1975 году – ETR 401, собранного из двух секций FIAT. Один из составов был введен в эксплуатацию 2 июля 1976 года на линии Рим – Анкона (позже продленной до Римини), обслуживаемой Итальянскими государственными железными дорогами. Расстояние между Римом и Анконой (295 км) поезд преодолевал за 2 часа 50 минут, в то время как обычным поездам требовалось 3 часа 30 минут. Поезд состоял из четырех вагонов и в основном рассматривался как передвижная лаборатория для новой технологии. Первоначально ETR 401 планировался как первый из серии из четырех поездов, но правительство потеряло интерес к проекту из-за финансовых проблем, и проект был временно приостановлен, как и его эксплуатация в 1983 году. Поезд использовался в демонстрационных кампаниях в зарубежных странах, таких как Германия, Швейцария, Чехословакия и Югославия. В 1977 году для обслуживания линий Renfe в Испании с широкой колеей был построен второй состав под прозвищем Platanito. Эксплуатация не продлилась долго, поскольку проблемы с испанскими путями сделали Platanito малоэффективным. Новый интерес итальянского правительства к проекту в середине 1980-х годов и внедрение новых технологий привели к пересмотру проекта с использованием ETR 401 с электронными системами, что привело к созданию немного более продвинутого ETR 450, первого Pendolino, поступившего в регулярную эксплуатацию в мире. ETR 450 отличался 8-вагонной конфигурацией и максимальным углом наклона, уменьшенным до 8° с 10° у ETR 401, в целях безопасности и комфорта. ETR 450 мог преодолевать маршрут Рим – Милан менее чем за четыре часа на скорости до. Число пассажиров увеличилось с 220 000 в 1988 году до 2,2 миллиона в 1993 году. В 1989 году устаревшие технологии и концепции некоторых частей ETR 450, а также внедрение новых технологий в тяговой системе привели к разработке следующего поколения. Результатом стал ETR 460, разработанный Джорджетто Джуджаро, который начал эксплуатацию в 1996 году. Несмотря на технические проблемы, ETR 460 представил ряд инноваций, таких как более мощные асинхронные двигатели переменного тока. Поршни, приводящие в действие механизм наклона, были размещены в тележках, а не на боковых сторонах кузова, что позволило перекомпоновать тамбуры и пассажирские отделения, повысив комфорт. Соединение тележек с кузовом чрезвычайно простое и легкое в изготовлении, что обеспечивает преимущества в обслуживании. ETR 460 поддерживает нагрузку на ось на крайне низком уровне (14,5 т/ось), что позволяет поезду проходить повороты до 35% быстрее, чем обычные поезда Intercity (локомотив с вагонами). Кузов, изготовленный с использованием технологии крупногабаритной алюминиевой экструзии, обладает значительной модульностью и обеспечивает чрезвычайно низкий вес оси, полностью соблюдая при этом самые высокие стандарты безопасности и позволяя оптимально использовать пространство с различными конструкционными габаритами. ETR 460 был построен всего в 10 единицах. Улучшенные версии включают ETR 470 для компании Italo Swiss Cisalpino, ETR 460 France, позже переименованный в ETR 463, используемый FS на маршруте Милан – Лион, и ETR 480, используемый Trenitalia на итальянских высокоскоростных линиях переменного тока. Всего для FS было построено 34 электропоезда серии ETR 460/470/480. Разработка технологии Pendolino продолжалась на итальянских заводах Alstom, и следующее поколение, New Pendolino, было поставлено Trenitalia и Cisalpino в виде ETR 600 и ETR 610 с 2006 года. Итальянские Pendolino и их производные по-прежнему являются самым популярным решением для активного наклона в пассажирских поездах. Технология, используемая сегодня, почти идентична той, что была разработана Fiat Ferroviaria в 1960-х и 1970-х годах. Британская версия Pendolino, British Rail Class 390, – это электрический поезд с наклоном, эксплуатируемый компанией Avanti West Coast. Он курсирует по главной линии Западного побережья (Лондон-Эустон – Глазго-Централ, Ливерпуль-Лайм-стрит и Манчестер-Пиккадилли). Поезда класса 390 начали эксплуатацию в 2001 году, и один из них попал в серьезную аварию с сорвавшимися вагонами. Из-за ограничений системы сигнализации поезда класса 390 ограничены в регулярной эксплуатации.

In Italy, the studies for a tilting train started in the mid 1960s and the concept was patented in 1967 by two engineers of Fiat railway materials, Franco di Maio and Luigi Santanera. A number of prototypes were built and tested, including an automotrice (self propelled) derived from ALn 668, the ALn 668 1999 diesel car, provided with tilting seats to test the effects of active tilting technologies. The first working prototype using a tilting carbody was ETR Y 0160, an electrically powered car launched by FIAT in 1969. This was the first to be christened Pendolino. This design led to the construction of an entire EMU in 1975, the ETR 401, built in two units by FIAT. One was put into public service on 2 July 1976 on the Rome Ancona (later extended to Rimini) line, operated by Italian State Railways. Between Roma and Ancona (km. 295), the train took 2 hours 50 minutes, while ordinary trains took 3 hours 30 minutes. The train had four cars and was mostly considered a travelling laboratory for the new technology. Initially the ETR 401 was conceived as the first of a series of four trains, but the government lost interest to the project because of financial problems, and the project was temporarily interrupted, as the service in 1983. The train was used in demonstration campaigns to foreign countries like Germany, Switzerland, Czechoslovakia and Yugoslavia. A second unit was built for service to the wide gauge Renfe Spanish lines in 1977, under the nickname of Platanito. The service didn't last of long, because problems with Spanish tracks made Platanito of little use. New interest by the Italian government in the project in the mid 1980s, and the introduction of new technologies, led to the revision of the project with the ETR 401 with electronic systems, that led to the introduction of the slightly more advanced ETR 450, the first Pendolino to enter regular service in the world. Characterized by an 8 car configuration, and a maximum tilt reduced to 8° from the 10° of the ETR 401, for safety and comfort reasons, ETR 450 could run the Rome Milan line in under four hours, at speeds up to Passenger numbers increased from 220,000 in 1988 to 2.2 million in 1993. In 1989, the old technologies and concepts of some parts of the ETR 450, and the introduction of new technologies in traction, led to the development of the next generation. The result was the ETR 460, styled by Giorgetto Giugiaro, a train that began service in 1996. Though plagued by technical problems, the ETR 460 introduced several innovations, such as more powerful AC asynchronous motors. The pistons actuating the tilting action were placed in the bogie instead of on the carbody sides: this permitted the reorganisation of the vestibules and passenger compartment areas, improving comfort. The bogie to body connection is extremely simple and easy to build, with maintenance advantages. ETR 460 keeps axle load to an extremely low level (14.5 ton/axle), to allow the train to negotiate curves up to 35% faster than conventional Intercity trains (locomotive plus coaches). The body, which exploits large aluminium extrusion technology, has substantial modularity and allows for extremely low axle weight, whilst fully respecting the highest safety standards, and allows the best exploitation of the space with different loading gauges. ETR 460 was built in only 10 units. Improved versions include ETR 470 for the Italo Swiss Cisalpino company, the ETR 460 France, later called as ETR 463, used by FS to the route Milan Lione, and the ETR 480, used by Trenitalia under AC powered Italian high speed lines. A total of 34 EMUs of the ETR 460/470/480 series were built for FS. The development of the Pendolino technology continued in the Italian factories of Alstom and the next generation, the New Pendolino, was delivered to Trenitalia and Cisalpino as the ETR 600 and the ETR 610 from 2006. Italian Pendolinos and their derivatives still represent the most popular solution for active tilting in passenger trains. The technology still in use today is almost the same developed by Fiat Ferroviaria in the 1960s 70s. The British version of the Pendolino, the British Rail Class 390, is a electric tilting train operated by Avanti West Coast. It runs on the West Coast Main Line (London Euston to Glasgow Central, Liverpool Lime Street and Manchester Piccadilly). Class 390s commenced operation in 2001 with only one being in a major derailment. Due to signalling constraints, Class 390s are limited to in regular service.

Японские образцы

Наклонные поезда давно являются основой экспресс-рейсов на узкоколейной сети Японии. Из-за медленного и извилистого характера японских магистральных линий, Япония одними из первых начала использовать наклонные поезда для увеличения скорости движения на перегруженных участках. Межгородская электрическая железная дорога Одакую начала первые в Японии эксперименты с технологией наклона в 1960-х годах, установив пневматические тележки на свои электропоезда, а Японские национальные железные дороги стали пионерами в разработке технологии пассивного наклона на своих экспериментальных электропоездах серии 591, предназначенных для коммерческих экспресс-рейсов по горным линиям. Первый коммерческий наклонный электропоезд в Азии поступил в эксплуатацию в 1973 году – это были электропоезда серии 381, курсирующие по маршруту экспресса "Синано" на холмистой линии Тюо между Нагоей и Нагано. Он до сих пор эксплуатируется на маршруте "Якумо" на линии Хакуби, несмотря на недостатки в комфорте и повышенный износ пути из-за механизма наклона, позволяющего отклоняться до 5°. В последние годы существования Японских национальных железных дорог эксперименты с механически регулируемым пассивным наклоном – комбинацией, известной как «контролируемый пассивный наклон» (制御付き自然振子式), где наклон инициируется пассивно, но контролируется (и замедляется) компьютерами через механическую активную подвеску – завершились после приватизации выпуском дизель-поезда серии 2000, построенного для JR Shikoku и запущенного в 1990 году на экспресс-маршрутах "Сиоказе" и "Нанпу". Механизм наклона был отключен 23 октября 2008 года, а интервалы между техническим обслуживанием были значительно сокращены, что привело к серьезным перебоям в движении. Большая часть технической конструкции заимствована у ICE 3. Австрийская ÖBB приобрела три единицы в 2007 году и эксплуатирует их совместно с DB для рейсов из Германии в Австрию. Хотя DB присвоила название ICE T классам 411/415, буква T изначально обозначала не «наклонный», а Triebwagen (самоходный вагон), поскольку маркетинговый отдел DB первоначально посчитал максимальную скорость слишком низкой для присвоения бренда InterCityExpress и поэтому планировал обозначать этот класс как IC T (InterCity Triebwagen). Адаптация класса 411/415 для дизельных рейсов оказалась неудачной. В 2001 году было построено 20 единиц для использования на линии Дрезден – Мюнхен, но эти единицы класса 605 (ICE TD) столкнулись с проблемами с самого начала. После поломки оси в 2002 году все оставшиеся 19 единиц (одна упала с рабочей платформы) были выведены из эксплуатации. Несмотря на то, что через год поезда снова были допущены к эксплуатации, DB сочла их эксплуатацию слишком дорогой. В 2006 году эти поезда использовались в качестве дополнительных вагонов, а с 2008 по 2017 год они курсировали по маршруту Гамбург – Копенгаген. С 2018 и 2021 годов две единицы используются в качестве экспериментального поезда TrainLab.

Tilting trains have long been a mainstay of express services on Japan's conventional speed, narrow gauge network. Due to the slow and twisty nature of Japanese conventional lines, Japan was an early adopter of tilting trains in order to speed up services on congested main lines. The interurban Odakyu Electric Railway began Japan's first experiments in tilting technology in the 1960s by fitting pneumatic bogies to their electric railcars, while the Japanese National Railways pioneered their form of passive tilt technology on their experimental 591 series EMU with commercial express services on mountain lines in mind. The first commercial tilting EMU in Asia entered service in 1973 as the 381 series EMUs on Shinano limited express services operating on the hilly Chūō Main Line between Nagoya and Nagano, and is still in operation on the "Yakumo" service on the Hakubi Line despite its shortcomings in ride quality and increased track wear due to its tilt mechanism that allowed up to 5° of tilt. During the final years of the Japanese National Railways, experimentation on mechanically regulated passive tilt a combination known as 'controlled passive tilt' (制御付き自然振子式), where tilt is initiated passively but controlled (and slowed) by computers through mechanical active suspension culminated post privatisation with the 2000 series DMU, built for JR Shikoku and introduced on the Shiokaze and Nanpū limited express services in 1990. The tilting mechanism has been switched off since 23. October 2008 and the maintenance intervals were drastically reduced which led to major service disruptions. Much of the technical layout is derived from the ICE 3. Austria's ÖBB has purchased three units in 2007, operating them jointly with DB for services from Germany to Austria. Even though DB assigned the name ICE T to class 411/415, the T originally did not stand for tilting but for Triebwagen (self propelled car), as DB's marketing department at first deemed the top speed too low for assignment of the InterCityExpress brand and therefore planned to refer to this class as IC T (InterCity Triebwagen). Rather luckless was class 411/415's adaptation for diesel services. In 2001 a total of 20 units were commissioned for use on the Dresden–Munich line, but these class 605 (ICE TD) units experienced trouble from the start. After breaking an axle in 2002, all remaining 19 units (one fell off a working platform) were taken out of service. Even though one year later the trains were admitted to service again, DB judged their operation to be overly expensive. In 2006 those trains were used for amplifier trains and from 2008 to 2017, they ran on the Hamburg–Copenhagen route. Since 2018 and 2021, two units are in operation as the advanced TrainLab test train.

Легкий, быстрый, удобный

В 1966 году консорциум канадских промышленных фирм начал разработку традиционного конкурента поезда TurboTrain, который в начале 1970-х годов воплотился в проект LRC (Light, Rapid, Comfortable). Эта конструкция также использовала активную систему наклона, но принципиально отличавшуюся от APT. Вагоны опирались на два С-образных канала, установленных поверх тележек. Наклон осуществлялся с помощью гидроцилиндров, которые перемещали нижнюю часть вагона из стороны в сторону вдоль этих каналов. Amtrak проводил испытания LRC в 1980 году, но вывел его из эксплуатации семь лет спустя. В Канаде он поступил на службу в 1981 году, опередив APT и став первой действующей системой активного наклона. Вагоны LRC до сих пор находятся в эксплуатации, хотя механизмы наклона демонтируются для снижения веса и затрат на техническое обслуживание. Позднее Bombardier использовал модернизированные версии вагонов LRC для Acela компании Amtrak, третьего поколения наклоняющихся поездов ICE, нового поколения высокоскоростных британских поездов (Super Voyager) и экспериментального JetTrain.

Усовершенствованный пассажирский поезд

Первоначально Advanced Passenger Train (APT) был экспериментальным проектом British Rail, который поступил в эксплуатацию в 1984 году. Хотя в конечном итоге проект был закрыт, поезд стал пионером в использовании активного наклона для прохождения крутых поворотов на более высоких скоростях, чем у предыдущих поездов с пассивным наклоном. По ряду политических и технических причин, после года эксплуатации поезд был выведен из обращения. В 1970-х и 1980-х годах British Rail стремилась создать современный высокоскоростной поезд, способный преодолевать извилистую железнодорожную сеть Великобритании, построенную в викторианскую эпоху. Скорость обычных поездов ограничивалась кривизной путей. Инженеры исследовательского отдела, открытого в 1964 году, провели фундаментальные исследования в области динамики транспортных средств, и APT в определенной степени являлся их продолжением. Существующий отдел главных инженеров-механиков и электриков был проигнорирован при реализации нового проекта, что вызвало недовольство его сотрудников. Работа включала эксперименты с алюминиевыми кузовами, турбинами, подвеской, тележками (bogies) и системой активного наклона. APT E (E – экспериментальный) работал на газовых турбинах, а APT P (P – прототип) – на электричестве. Без системы наклона поезд был разработан для установления нового рекорда скорости на британских железных дорогах. Поезда с пассивным наклоном уже существовали, но это было нераспространенным явлением и не получило широкого распространения. Инженеры пришли к выводу, что активный наклон – ключ к прохождению поворотов на значительно более высоких скоростях. Поезд был оснащен гидродинамическими тормозами и легкими сочлененными кузовами с двумя силовыми головными вагонами в центре состава. После постройки, испытаний и подтверждения работоспособности прототипов, инженерная команда разработчиков была расформирована, а поезда переданы в собственный инженерный отдел British Rail для серийного производства. Инженеры-разработчики перешли в другие области, а British Rail приступила к доработке поезда для запуска в серийное производство. Инженеры BR, практически не участвовавшие в разработке поезда, внесли изменения в некоторые ключевые и проверенные инженерные решения. Например, они заменили хорошо разработанную и проверенную гидравлическую систему активного наклона на пневматическую. Поезда были введены в эксплуатацию в 1981 году, но почти сразу же были сняты с маршрутов. Во время первых испытаний некоторые пассажиры жаловались на тошноту, вызванную наклоном. Впоследствии выяснилось, что этого можно избежать, слегка уменьшив угол наклона, чтобы пассажиры все же ощущали поворот. Поезда APT P были незаметно возвращены в эксплуатацию в середине 1984 года и регулярно курсировали в течение года, после устранения первоначальных проблем. Однако, под руководством собственного инженерного управления, которое чувствовало себя обделенным и проигнорированным в проекте, который они не разрабатывали, не было ни политической, ни управленческой воли для продолжения проекта и серийного производства запланированных вагонов APT S. Несмотря на то, что проект в конечном итоге оказался успешным, British Rail закрыла его в 1985 году, скорее по политическим, чем по техническим причинам. Многие технологии, разработанные для силовых вагонов, впоследствии были использованы в локомотивах InterCity 225 Class 91 и вагонах Mark 4, которые были спроектированы с возможностью установки системы наклона и эксплуатируются на Восточной Главной магистрали от Лондона до Лидса и Эдинбурга.

The Advanced Passenger Train (APT) was initially an experimental project by British Rail, with the train entering service in 1984. Although eventually abandoned, the train was the pioneer of active tilt to negotiate tight curves at higher speeds than previous passive tilting trains. For various reasons, political and technical, after running in service for a year, the train was withdrawn. In the 1970s and 1980s, British Rail wanted an advanced fast train to negotiate the UK's twisting and winding Victorian era rail system. Conventional trains were limited in speed due to the curvature of the network. Engineers at the research division, opened in 1964, had done fundamental work on vehicle dynamics, with the APT to a degree an extension of this. The existing Chief Mechanical and Electrical Engineers department was overlooked by the new project, creating resentment with its engineers. The work included experimentation with aluminium bodies, turbines, suspension and bogies, and active tilt. The APT E (E for experimental) was powered by gas turbines; the APT P (P for prototype) was electric. With no tilting, the train was developed to break the British rail speed record. Tilting trains using passive tilt were not new, but it was uncommon and not widely implemented. The engineers decided that active tilt was the key to negotiating curves at much higher speeds. The train had hydro dynamic brakes and lightweight articulated bodies, with two power cars in the centre of the train. When the prototypes were built, worked and proven, the engineering development team was disbanded and the trains handed over to British Rail's in house engineering department to build. The developing engineers moved on to different fields while British Rail engineered the train into a production model. The BR engineers, who had little to no involvement in the development of the train, changed some of the prime and proven engineering aspects. For example, they changed the active tilt mechanism to pneumatic, rather than the well developed and proven hydraulics. The trains were introduced in 1981, but almost immediately taken out of service. During initial tests, some passengers complained of being nauseous due to the tilting motion. Subsequently, it was learned that this could be prevented by reducing the tilt slightly, so that there was still some sensation of cornering. The APT P trains were quietly reintroduced to service in mid 1984 and ran regularly for a year, the teething problems having been corrected. However, under an in house engineering management who felt slighted and by passed in a project they had not developed, there was no political or managerial will to continue the project by building the projected APT S production vehicles in numbers. Despite being an eventual success, the project was scrapped by British Rail in 1985, more for political reasons than technical. Much of the technology developed for the power cars was subsequently used in the InterCity 225 Class 91 locomotives and Mark 4 carriages which were designed to be retrofitted with tilting equipment, which run on the East Coast Main Line route from London to Leeds and Edinburgh.

Х 2000 год

В 1990 году шведские железные дороги запустили высокоскоростное сообщение под названием X 2000. Поезд использует активную систему наклона кузова, что позволяет развивать более высокие скорости на стандартной колее. Этот поезд также использовался в Норвегии и Дании, но впоследствии был снят с эксплуатации в Норвегии. X 2000 проходил испытания в США, Канаде, Австралии и Китае. X2000 был разработан в рамках совместного проекта компаний Kalmar Verkstad, шведских железных дорог и ASEA.

TGV Pendulaire (педулированный TGV)

В 1998 году SNCF уступила политическому давлению (поезд с наклоном представлял собой реальную угрозу для сети выделенных высокоскоростных линий TGV) и ввела в эксплуатацию экспериментальный TGV с маятниковой подвеской. Наклонялись только пассажирские вагоны, в то время как два тяжелых головных вагона сохранили ненаклонные тележки. После завершения программы испытаний он был переоборудован обратно в поезд TGV PSE.

Межгородский снежный погон

Первый в истории Швейцарии поезд с системой наклона (исключая Cisalpino, прибывший в Швейцарию в 1996 году) появился 28 мая 2000 года. ICN (InterCity Neigezug, или InterCity Tilting Train) был произведен компанией Bombardier, включая систему наклона, разработанную SIG (ныне ALSTOM). Он начал курсировать по маршруту из Женевы через Биль/Бьенн и Цюрих в Санкт-Галлен. Он был ключевым перевозчиком во время национальной выставки Expo.02.

Бомбардиер Супер Вояджер

Сорок четыре дизель-электрических поезда класса 221 Super Voyager были заказаны компанией Virgin CrossCountry для работы с системой наклона на Главной магистрали Западного побережья и на участке между Оксфордом и Банбери. После разделения парка между Arriva CrossCountry и Virgin Trains West Coast в 2007 году, первая компания отключила, а затем демонтировала систему наклона на своих поездах 221.

Наклоняющийся поезд

Tilting Train Express (TTX) или Hanvit 200 – прототип шестивагонного экспериментального поезда с наклоном, разработанный и построенный в Южной Корее. Представленный в 2007 году, он прошёл серию испытаний, включая одно, зафиксировавшее максимальную скорость 223 км/ч. Однако от серийного производства отказались, поскольку было признано более экономичным выпрямить существующие участки пути и обустроить кривые с уклоном. Дополнительные испытания, в том числе системы LTE-R, были проведены в 2014 году.

Технология

Многие проблемы, связанные с укачиванием, обусловлены тем, что традиционные сервосистемы неадекватно реагируют на изменения сил траектории, и даже небольшие ошибки, не воспринимаемые сознательно, вызывают тошноту из-за их непривычности. Оригинальный Fiat ETR 401 использовал отдельные гироскопы в каждом вагоне, что приводило к задержке, хотя укачивание не было серьезной проблемой для этого поезда. APT должен был решить эту проблему, используя гироскопы на концах поезда и систему управления "лидер-ведомый", которая определяла "кривую наклона" для всего состава. Однако, похоже, технологии того времени не позволили должным образом реализовать эту концепцию. Современные поезда с наклоном кузова используют передовую обработку сигналов, которая определяет профиль пути впереди и способна прогнозировать оптимальные управляющие сигналы для каждого вагона. Жалобы на тошноту в значительной степени остались в прошлом. Некоторые поезда с наклоном кузова эксплуатируются на узкоколейных железных дорогах. В Японии много узкоколейных линий в гористой местности, и для них были разработаны поезда с наклоном кузова. В Австралии поезд QR Tilt Train, курсирующий между Брисбеном и Кэрнсом, заявляет о себе как о самом быстром узкоколейном поезде в мире. Электрический поезд Tilt Train также держит рекорд скорости для узкоколейных поездов по максимальной тестовой скорости, достигая 210 км/ч. При использовании электропоездов с наклоном кузова необходимо учитывать сохранение пантографов в пределах колеи. При установке на крыше наклоняющегося вагона пантограф обычно отклоняется в противоположном направлении, чтобы компенсировать угол наклона. Это реализовано механически, например, в британском поезде класса 390 Alstom Pendolino. Однако на немецких поездах классов 411 и 415 пантографы установлены на отдельной, не наклоняющейся раме внутри вагонов.