5 đổi mới công nghệ định hình tương lai của đường sắt

1. Công tắc cơ điện tử

Sự cố chuyển mạch hoặc lỗi điểm là nguyên nhân gây ra gần 20% tổng số lần chậm chuyến mà hành khách phải trải qua trên các tuyến đường sắt của Vương quốc Anh. Tình huống này xảy ra khi có sự cố với cơ chế điều chuyển các đoàn tàu từ đường ray này sang đường ray khác tại một đường giao nhau. 

Điểm chuyển đường ray.

Một dự án hợp tác nghiên cứu thiết kế sáng tạo được gọi là Repoint có ba động cơ độc lập, có thể nâng và dịch chuyển đường ray, sử dụng trọng lực để khóa chúng trở lại vị trí và cung cấp cơ chế dự phòng trong trường hợp một hoặc hai động cơ bị hỏng.

Bộ nâng ray truyền động 3 động cơ.

Thiết kế này hơn hẳn với những công tắc hiện có, sử dụng phương pháp trượt đường ray sang một bên và có thể bị kẹt giữa chừng. Các công tắc “cơ điện tử” thế hệ tiếp theo hướng tới mục đích hoạt động nhanh hơn, tăng cường khả năng dễ bảo trì dưỡng và giảm nguy cơ hỏng hóc nhờ các động cơ dự phòng.

2. Hệ thống treo hoạt động

Hệ thống treo thông thường hạn chế tốc độ của tàu khi di chuyển trên đường cong, hạn chế số lượng tàu trên cùng một tuyến đường. Các hệ thống treo này về cơ bản hoạt động tương tự như những chiếc lò xo lớn, tự động thay đổi khoảng cách giữa các bánh xe và toa tàu.

Các nhà khoa học đường sắt phát triển Hệ thống treo chủ động, được tăng cường bằng các cảm biến, bộ truyền động và bộ điều khiển mới để thay đổi chính xác hơn khoảng cách giữa bánh xe và thân toa tàu.

Cải tiến này mang lại sự thoải mái khi đoàn tàu di chuyển, cho phép tàu chạy trên những đường cua với tốc độ và độ ổn định cao hơn. Thiết kế mới có thể được kết hợp với các hệ thống nghiêng toa chủ động khi đi qua góc cua, mang lại lợi thế duy trì tốc độ, tăng cường sự ổn định và giảm tiêu hao năng lượng.

Hệ thống chủ động nghiêng, điều hướng và hệ thống treo so với hệ thống treo truyền thống.

3. Hệ thống bánh xe chủ động

Trong một bộ bánh xe thông thường, cả hai bánh xe được lồng vào nhau và kết nối bằng một trục cố định, ngăn chặn bất kỳ chuyển động quay tương đối nào giữa chúng. Khi tàu hỏa đi vào đường cong hoặc đường phân kỳ trên những đường giao nhau, tàu phải giảm tốc độ để đảm bảo bánh xe được dẫn hướng trên đường và tránh những rung động không mong muốn của bánh xe.

Các nhà nghiên cứu đường sắt hiện đang phát triển hệ thống bánh xe quay độc lập, tích hợp một cơ chế truyền động riêng biệt, giúp các bánh xe tự điều khiển chuyển hướng trên những tuyến đường cong.

4. Pantograph (liên kết dẫn điện cơ học) chủ động

Tàu điện tốc độ cao cần duy trì kết nối tốt với đường dây tải điện trên cao bằng pantograph kết nối điện cơ học trên trên đầu tàu. Trên tuyến đường sắt chính của Vương quốc Anh, chiều cao của pantograph thường thay đổi trong khoảng 2m nhằm đảm bảo kết nối hiệu quả trong các khu vực khác nhau như đường hầm, giao cắt đường sắt và cầu.

Các nhà nghiên cứu đang bắt đầu phát triển những pantograph chủ động mà chiều cao và độ rung gây ra trong quá trình truyền điện được điều khiển bởi một bộ truyền động.

Hệ thống truyền động chủ động của pantographs.

5. Kết nối ảo

Số lượng đoàn tàu có thể chạy trên một tuyến (năng lực hoạt động của tuyến) phụ thuộc một phần vào hệ thống báo hiệu. Hầu hết các tuyến đường sắt đều sử dụng hệ thống khối cố định.

Nhưng một số đường sắt hiện đang bắt đầu sử dụng hệ thống báo hiệu khối di chuyển, hệ thống này xác định khoảng cách cần thiết giữa các đoàn tàu để có thể kịp thời dừng lại trong trường hợp khẩn cấp.

Nhưng khoảng cách này có thể giảm hơn nữa nếu các khối di động xác định khoảng cách cần thiết dựa trên những thông tin thời gian thực về những gì đoàn tàu phía trước đang thực hiện và điểm sẽ dừng lại nếu phanh gấp.

Hiệu quả của hệ thống kết nối ảo so với các khối tín hiệu di động.

Công nghệ này được gọi là "kết nối ảo", liên quan đến việc hai đoàn tàu truyền thông tin về sự thay đổi tốc độ và hoạt động phanh của tàu đi trước để có thể giảm hoặc tăng khoảng cách giữa các tàu ở mức tối thiểu cần thiết.

Với khoảng cách ngắn hơn giữa các tàu, nhiều chuyến tàu hơn có thể chạy an toàn trên một tuyến đường, tăng dung lượng mạng lưới tổng thể.