Vysokorychlostní vlaky

Vysokorychlostní vlaky

Vypracoval: Dávid Tomčiak




Vysokorychlostní vlaky
Historie vysokorychlostních vlaků

Konkurence železniční dopravy
V prvním století, kdy existovala železnice neměla železniční doprava žádnou konkurenci. Konkurence přišla, až s nástupem motorových silničních vozidel a později také s nástupem letecké dopravy. Konkurenční boj mezi železniční, silniční a leteckou dopravou v oblasti dálkové osobní dopravy začal ve 20. letech minulého století a významně se přiostřil v období po druhé světové válce. Čas je, byl a bude stále cennější devizou aktivně žijících lidí. Rychle se rozvíjející a rychlejší silniční a letecká doprava začaly přebírat železniční cestující. Železnice začala být symbolem pomalé dopravy.
Předchůdce vysokorychlostních vlaků motorové
Vyspělé evropské železniční správy proto na tuto skutečnost zpočátku reagovaly postupnými úpravami tratí, které dovolily zvýšení rychlosti. Zároveň na dálkových spojích vyměnily klasické parní rychlíky za výkonné a lehké motorové jednotky, jejichž výkon, dynamika jízdy a nižší hmotnost umožnily významné zkrácení jízdních dob. První takové motorové vlaky byly do provozu uvedeny ve 30. letech minulého století. Tehdejší ČSD nezůstaly pozadu a nejdůležitější relaci mezi Prahou a Bratislavou uvedly do provozu dnes jíž legendární vlak Slovenská strela. Ten zkrátil cestovní dobu téměř o čtvrtinu, byl však tvořen jen jediným vozem, takže měl malou kapacitu a jeho podíl na celkovém přepravním výkonu dálkové dopravy byl velmi nízký. Slibný vývoj přerušila druhá světová válka. Ihned po konsolidaci hospodářských poměrů nastala další etapa přebírání cestujících konkurenční silniční a leteckou dopravou. Zároveň také přišla další vlna zavádění rychlých motorových jednotek na železnici. V té době dokázaly zrychlit dálkovou dopravu i tehdejší ČSD, které na vozbu prestižních dálkových vlaků nasadily ponejprv kořistní motorové jednotky německého původu a později maďarské motorové jednotky GANZ. Železnice v západní části Evropy tímto způsobem vytvořily síť expresů, nazvanou TEE (Trans Europ Express). Konkurenční boj se nezastavil a tak byly nejdůležitější tratě postupně upravovány na rychlosti 160 a později až na 200km/h. K motorovým jednotkám přibyli i jednotky elektrické. Jelikož tyto jednotky posléze přestaly vyhovovat výkonovým požadavkům, ovládly dálkovou dopravu v nejžádanějších směrech postupně opět klasické soupravy, tentokrát jíž vedené výkonnými elektrickými lokomotivami a sestavené z komfortních osobních vozů. Do popředí tohoto dění se dostaly především francouzské SNCF a německé DB železnice. Rovněž v souvislosti s tímto trendem padly první novodobé rychlostní světové rekordy, kdy dvě elektrické lokomotivy SNCF různých typů dosáhly 28. a 29. 3. 1955 při zkušebních jízdách rychlosti 331 km/h.
Pokrok v Japonsku
V těchto časech již bylo zřejmé, že dalšího výrazného pokroku lze dosáhnout pouze výstavbou nových tratí, jejichž směrové parametry umožňují plynulou jízdu vysoce výkonných elektrických jednotek, vybavených zcela novými konstrukčními prvky. Rychlost 200 km/h. v pravidelném provozu tímto způsobem překonaly Japonci v roce 1964 tam byl zahájen provoz na zcela nové trati mezi nejlidnatějšími městy Tokiem a Ósakou elektrickými jednotkami Shinkansen, jedoucími plynule rychlostí 210 km/h. Z hlediska železniční techniky šlo o naprostý přelom. Dnes se nám již z pohledu dalšího vývoje zdá být tato rychlost nízká. To se samozřejmě postupem času začalo zdát i Japoncům, takže rychlost na své vysokorychlostní trati postupně zvyšovaly a další úseky budovaly již pro rychlosti 270 až 300 km/h.

Rozvoj v Evropě
Po první vysokorychlostní trati v Japonsku se těžiště vývoje přeneslo opět do Evropy. Myšlenkou výstavby vysokorychlostních systému založených na existenci zcela nových tratí se začaly intenzivně zabývat především francouzské, německé a italské železnice, tamní železniční výzkum, železniční průmysl a stavebnictví. Francouzi byli v této soutěži nejúspěšnější. Z počátku byli technici přesvědčeni, že rychlost kolem 300 km/h je limitní rychlosti pro systém kolo – kolejnice. Ale po absolvování slepé uličky v podobě nekonvenčního dopravního systému „Aerotrain“, jehož princip spočíval v nadnášení dopravního prostředku vztlakem vzduchu nad betonovou „jízdní“ dráhou a uváděného v pohyb leteckými tryskovými motory se pozornost techniků a ekonomů pokorně obrátil zpět ke starým dobrým ocelovým kolům, valícím se po klasických kolejnicích. Ještě dnes můžeme vz vlaku poblíž Orleansu pozorovat opuštěnou železobetonovou konstrukci estakády, po níž se pohybovalo zkušební vznášedlo, dnes umístěné v Národním železničním muzeu v Mylhůzách. Z pohledu dnešního přístupu k životnímu prostředí šlo o zcela nepřijatelný, navíc vysoce energetický náročný dopravní systém. Zkoušky Aerotrainu byly ukončeny v roce 1975. Druhým zásadním mýtem byla představa, že při vysokých rychlostech nebude moci být odebírána elektrická energie z trakčního vedení klasickými sběrači. Proto se nejprve přikročilo k vývoji vysokorychlostního vlaku TGV, poháněného plynovými turbínami. Pokusné hnací vozidlo dosáhlo 15. 10. 1971 rychlosti 252 km/h. Zároveň probíhaly zkoušky se zkušebním vozidlem Z 7001, při nichž se ověřovala spolupráce mezi sběračem a trakčním vedením při vysokých rychlostech. Poměrně dlouhou dobu trvaly procedury ohledně schvalování prvního francouzského vysokorychlostního projektu. I když byl projekt poprvé představen veřejnosti 10. 7. 1967, byla jeho všeobecná prospěšnost odsouhlasena dekretem Jacquese Chiraca, tehdy ve funkci předsedy vlády, až 23. 3. 1976. Jeho podpis prakticky znamenal souhlas se zahájením stavby první vysokorychlostní tratě z Paříže do Lyonu. Práce byly oficiálně zahájeny 7.12 1976 a první úsek byl dokončen 22. 9. 1981. Na tomto prvním úseku byly podrobně testovány všechny nové konstrukční prvky, infrastruktury i elektrických jednotek, jejichž výrobcem byla firma Alston Atlantique. Mechanická část jednotek vycházela z konstrukce turbínového prototypu, pohon však už byl elektrický. V závěru zkoušek vznikl také další rychlostní rekord, když jednotka číslo 16 vyvinula dne 26.2 1981 rychlost 380 km/h. Dnem 27.9 1981 byl na nové trati mezi Paříží a Lyonem zahájen běžný komerční provoz rychlostí 260 km/h. Hodnota nejvyšší dovolené rychlosti byla pouze pro provoz elektrických jednotek, nikoli pro provoz klasických vlaků vedených lokomotivou. To umožnilo stavět trať ve sklonech 35 ‰ a tím výrazně snížit stavební náklady. Druhou evropskou zemí, která začala být používat vysokorychlostní železniční dopravu, bylo Německo. Vysoký počet velkých měst a aglomerací, jejich rozmístění, velké přepravní vzdálenosti a značná poptávka po osobní dopravě mezi nimi vyvolávaly v tehdejším Západním Německu stále větší potřebu řešit dopravu, jiným kvalitativně odlišným způsobem, než po věčně ucpaných dálnicích. Dopravní odborníci proto hledali východisko v modernizaci tehdy málo využívaných, ale relativně pomalých železničních tratí. Aby se stala železnice atraktivní pro široké vrstvy motoristů a dokázala je přetáhnout ze sice neustálých kongescí zatížené, ale přesto relativně rychlé a pohodlné silniční dopravy, muselo dojít k výraznému zlepšení jejích kvalitativních a rychlostních parametrů. Prvním krokem bylo postupné zvyšování traťové rychlosti na vybraných úsecích na 200 km/h. Tento proces byl zahájen již v 60. letech minulého století. Spolu se zvyšováním rychlosti byly do provozu nasazovány nové elektrické lokomotivy a osobní vozy pro tuto rychlost. Postupně byla vytvořena síť vlaků IC a EC. Na hlavních přepravních relacích však historické trasování tratí toto zvýšení rychlosti buď neumožňovalo, nebo vzhledem k technickým možnostem v době svého vzniku vedly tratě v oblastech s těžkými terénními podmínkami výraznými oklikami oproti moderním silničním trasám. Také bylo nutné dodržet zásadu, že cesta vlakem musí být významně časově kratší než autem, neboť cestující vlakem většinou nepřijíždí přímo do cíle své cesty, ale musí ještě jednou přestupovat na jiný dopravní prostředek. Tratě pro dálkovou železniční dopravu bylo tedy nutné tedy nutné vybudovat v duchu hesla „dvojnásobnou rychlostí automobilu, poloviční rychlostí letadla“. Proto v návaznosti na první krok rozhodla tehdejší západoněmecká vláda o budování sítě vysokorychlostních tratí. Jako první byla v roce 1981 zahájena výstavba 327 km dlouhé trati Hannover – Würzburg. Výstavba trati připravována 16 let, v průběhu přípravy bylo nutné čelit 98 soudním žalobám, z nichž ani jednu DB neprohrály. Trať byla uváděna do provozu postupně a celá byla včetně několika propojení se stávající sítí uvedena do provozu v roce1991. Trať byla navržena pro rychlost 250 km/h a jelikož vede hornatou krajinou, tak 37% délky tratě leží v 61 tunelech a 30 km tratě je na 294 mostech. Trať byla na rozdíl od první francouzské vysokorychlostní tratě stavěna pro smíšený provoz. Proto byla stavěna s maximálními sklony 12,5‰. Spolu s výstavbou nové trati bylo nutné zásadně řešit množství do té doby neznámých problémů a vyrovnat se s ochranou životního prostředí v období, kdy začalo významně sílit ekologické povědomí ve společnosti. Po zahájení provozu byla jízdní doba na velmi důležitém severojižním směru mezi Hannoverem a Würzburgem zkrácená z původních 3,5 hodiny na polovinu. Druhou nejstarší vysokorychlostní tratí v Německu je trať mezi Mannheimem a Stuttgartem. Ta byla uvedena do provozu také v roce 1991. Její výstavba však probíhala již mnohem rychleji. Souběžně s výstavbou vysokorychlostních tratí byly také německým průmyslem vyvíjeny a vyrobeny vysokorychlostní elektrické jednotky ICE-1 s maximální rychlostí 280 km/h. V roce 1991 byl tedy zahájen provoz vysokorychlostního železničního systému, který umožnil zcela zásadním způsobem změnit koncept železniční dálkové dopravy v Německu. Byla zavedena zcela nová kategorie vlaků ICE (Intercity Express). Vzhledem k tomu, že nové vlakové spoje byly zaváděny postupně podle dodávek nových elektrických jednotek, nebyli zpočátku zdaleka uspokojeni všichni zájemci o cestování, neboť místa byla rychle vyprodána. Postupně byla zaváděna doprava s hodinovým taktem v celodenním provozu od 6 do 22 až 24 hodin s pravidelnými návaznostmi v rozhodujících přestupních uzlech, kdy přestup je většinou realizován u jednoho nástupiště. Traťová rychlost byla po dobrých zkušenostech zvýšena na 280 km/h. Třetí evropskou zemí s vysokorychlostní dopravou se stala Itálie. Výstavba první italské vysokorychlostní spojnice na hlavním italském přepravním směru mezi Římem a Florencií trvala velmi dlouho. Celá trať byla zprovozněna po třech relativně krátkých úsecích a v celé délce byla do pravidelného provozu předána až v roce 1992. Přitom však první úsek byl uveden do provozu již v roce 1977, takže paradoxně představoval skutečně úplně první evropskou vysokorychlostní trať. Dlouhou dobu trvající výstavba především prvních úseků byla způsobena jak obtížnými terénními podmínkami, tak nedostatkem finančních prostředků a byla dokonce i terčem posměchu vůči „kapitalistickému přístupu k budování železniční infrastruktury“ v tehdejším československém komunistickém tisku. Na rozdíl od první francouzské vysokorychlostní tratě, umožňující pouze provoz speciálně konstruovaných vysokorychlostních jednotek, umožňuje DIRETISSIMA smíšený provoz jak vysokorychlostních jednotek, tak i klasických vlaků tažených lokomotivou. Vzhledem k protáhlému tvaru italského území a terénním podmínkám ve střední Itálii umožnila nová trať výrazné zrychlení železniční dopravy mezi nejvýznamnějšími italskými městy. Častá propojení mezi novou tratí a původní železniční sítí navíc umožnila přiblížit výhody vysokorychlostní dopravy velkému počtu obyvatel. Dodávka speciálních vysokorychlostních souprav také měla zpoždění- první elektrické jednotky byly zprovozňovány až v roce 1996 tedy až o čtyři roky po uvedení kompletní DIRETSSIMY do provozu. Postupně bylo dodáno celkem 60 třináctidílných jednotek, které mohou dosahovat rychlosti až 300 km/h a mají kapacitu 590 cestujících. V Itálii je železniční doprava cestujícím opravdu hojně využívána, existují zde silné přepravní proudy, zvláště mezi největšími městy. Proto zdejší dopravní odborníci hledali řešení, jak co nejvíce zrychlit dopravu i na stávajících tratích, neboť vysokorychlostní tratě nelze vybudovat všude a jejich výstavba trvá dlouho. Jedním z mála způsobů, jak zvýšit rychlost vlaků na tratích s častými oblouky malých poměrů, je naklápění vozových skříní. V 50. a 60. letech minulého století zkoušela řada evropských železničních správ a výrobců různá technická řešení nuceného naklápění vozových skříní. Zkoušky končili většinou neúspěchem, pouze v Itálii byly dovedeny do úspěšného konce. V roce 1976 uvedly tehdejší Italské státní dráhy do zkušebního provozu prototyp vlaku, vyrobeného ve firmě Fiat. Pro tuto elektrickou jednotku a všechny následující od ní odvozené vlakové soupravy se vžil název „PENDOLINO“. Vozové skříně jsou při průjezdu obloukem naklápěny pomocí hydraulických válců a je tak eliminován vliv zvýšené odstředivé síly na cestující. Sériové vlaky byly nasazeny do provozu v roce 1988. Maximální rychlost těchto vlaků je 250 km/h. Dosud bylo dodáno italským železničním společnostem 49 vlakových souprav, postupně stále modernější konstrukce. Od tohoto typu byla odvozena i česká Pendolína, která byla vyrobena rovněž v Itálii, jen bývalá značka výrobce fiat se mezitím změnila na Alstom.
Vlivy přírodních podmínek na vysokorychlostní tratě

Maximální poloměr oblouku je 4000-7000 metrů.
Maximální sklon činí 12,5 promile -LGV a PSE 35 promile

Příklady: Eurotunel, Seikan, Store Balt, Gotthard-Basistunel-stane se brzo nejdelším tunelem na světě, bude měřit 57 km.


Omezující prvky

Omezující prvky Rychlost v km/h
Vibrace vozů z nerovnosti klasicky upevněné koleje do snesitelnosti 250 km/h
Adheze, která klesá rychlostí 350-400 Km/h
Deformace troleje sběračem 320-400 km/h

Vlivy ekonomických podmínek

Ekonomická vyspělost státu
Návratnost investic do projektu-spolupodílení státu EU

Faktory mající vliv na efektivitu

Dostatečně hustá síť s větším počtem obyvatel.
Města alespoň s dvěma miliony obyvatel.
Velká aglomerace.
Vzdálenost mezi městy alespoň 100 km- tak aby se projevily výhody vysokorychlostní dopravy.
Přestupy mezi ostatními dopravními prostředky.

Kvalitativní požadavky na VTR

Četnost dopravní obsluhy.
Dodržení podmínky, aby doba cesty osobním automobilem byla větší anebo rovna průměrné době vysokorychlostním vlakem, včetně průměrné doby čekání na něj.
V praxi je třeba, aby doba cesty vysokorychlostním vlakem byla dvoutřetinová oproti cestě osobním automobilem.
Vysokorychlostní vlaky v Evropě

V Evropě jezdí vysokorychlostní vlaky ve Francii, Německu, Itálii, Španělsku. V Evropě tedy jezdí vlaky, jako jsou TGV, ICE, TALGO, ETR.

TGV

první francouzské jednotky TGV-SE
původní rychlost je 270 km/h
po modernizaci až 300 km/h
Vylepšená verze je TGV Atlantique
První patrové TGV je TGV Duplex
TGV La Poste
TGV Réseau (TGV-R) „síť“- jezdí na všech francouzských i jiných tratích

Mezi vysokorychlostní vlaky TGV patří například
TGV Atlantique
AVE S-101 Euromed
TGV La Poste
TGV Réseau
TGV Duplex
TGV Eurostar
AGV

ICE
Je to německá značka vlaku provozovaných společností Deutsche Bahn na území Německa a v sousedních zemích.
Mezi vysokorychlostní jednotky ICE patří například
ICE 1 - na každém čele má hnací vozidlo
ICE 2 - hnací vozidlo na jednom čele a na druhém čele řídící vůz
ICE 3 - má 8 vozů bez hnacího vozidla dosahuje maximální rychlosti 330km/h a na jeho základě byl vyvinut Siemens Velaro
ICE 3M - multisystémová jednotka-typy napájení
TALGO
Je to označení španělského článkového vlaku s jednonápravovými podvozky. Název tohoto vlaku je ze španělštiny, který v překladu znamená lehký kloubový vlak. Jezdí na španělských tratích, jeho rychlost může dosahovat až 350 km/h a jeho rozchod činí 1435 mm tedy je to normální rozchod. Patří sem například TALGO 350.
ETR
Mezi vysokorychlostní vlaky ETR patří například:
ETR 460/480- jeho rychlost je 250 km/h
ETR 490- (Alaris) tento vlak je určen pro širokoryozchodné tratě ve španělsku, tato jednotka dosahuje rychlosti až 220 km/h.
ETR 500- tato jednotka dosáhne rychlosti 300 km za hodinu
Další jednotky ETR jsou určeny pro Portugalsko, Finsko, Slovinsko, Česko (Pendolíno), rychlost těchto jednotek činí 160-220 km/h.

Vysokorychlostní vlaky v Asii
Japonsko
Šinkansen začal v 60. letech psát historii vysokorychlostní dopravy. Dodnes je japonský železniční systém ceněn velmi vysoko. Vlaky mají standardní rozchod, proto se mohou pohybovat pouze po vysokorychlostních tratích.
Čína
V Číne se dlouho nevyráběly vysokorychlostní vlaky, přesto Čína patří mezi průkopníky. V roce 2002 byla v Šanghaji zahájena doprava Maglevu. Dále byla 26. Prosince 2009 v číně otevřena 968 km dlouhá vysokorychlostní trať Wuhan – Guangzhou s maximální rychlostí 350 km/h. Jedná se tak o nejrychlejší železniční spojení v komerčním provozu na světě, neboť cestovní rychlost vlaku je 313 km/h. Jezdí zde jednotky CRH3 a CRH2. Čína má také nejrozsáhlejší vysokorychlostní síť na světě, která rychle roste a podobně roste počet a parametry jednotek jednotlivých řad CRH (1,2,3,5,6,380). Jedna z nich je držitelem světového rekordu neupravených jednotek.

Maglev
Vlak se pohybuje na polštáři magnetického pole, které je vytvářeno soustavou supravodivých magnetů, zabudovaných v trati i ve vlaku. Tento vlak má tedy, místo kol, speciální systém magnetů, včetně lineárních motorů a pohybuje se několik centimetrů nad kolejnicí. V Evropě se používá vzdálenost okolo pěti centimetrů, v Japonsku kvůli geologické aktivitě okolo 10 centimetrů. Tratě pro Maglev jsou poměrně nákladné a musejí být z bezpečnostních důvodů stavěny na mostech, nebo v tunelech, což rozvoj této technologie také prodražuje. Rychlost tohoto vlaku není teoreticky omezená, rychlostní rekord z roku 2005 dosahuje 581 km/h, který vytvořili Japonci. V praxi je rychlost limitována spotřebou energie a aerodynamickým odporem, tento problém se snáží vyřešit projekt Swissmetro tím, že navrhuje provozovat dráhu v tunelech zbavených vzduchu až ke hranici vakua. Takové řešení bylo navrženo i pro takzvaný transatlantický tunel.
Vysokorychlostní vlaky v Severní Americe

USA
V USA jsou především plány. V současné době dosáhne Acela Express jedoucí po trati Northeast Corridor (z Bostnu přes New York, Philadelphii a Baltimore do Washingtonu D. C.) na dvou krátkých úsecích 240 km/h, průměrná rychlost je však pouze 109 km/h.
Acela Express
Acela Express je americký vysokorychlostní vlak provozovaný národní železniční společností AMTRAK. Jednotky jsou nasazovány na takzvanou Severovýchodní koridoru (Nothest Corridor) tj. mezi městy Washington D. C. a Boston. Jsou vyráběny ve spolupráci kanadské společnosti Bombardier Inc. a francouzské Alston. Vlaky Acela Express jsou se všemi kompatibilní. Konstrukční rychlost je 265 km/h. Na trati je však maximální povolená rychlost pouze 240 km/h. Jednotka se skládá z 2 hnacích vozů a 6 hnaných (vložené), 8 asynchronních motorů (na každém hnacím vozu 4) vydává výkon 920kWh. Souprava je naklápěcí.