Юный техник, 2000 № 05

Трение качения стального колеса трамвая по рельсовому пути в 18 раз меньше, чем у резиновой покрышки по асфальту. Рядовой человек может сдвинуть с места 60-тонный железнодорожный вагон, стоящий на рельсах, но не одолеет и полуторатонный автомобиль на асфальте. Поэтому трамвай потребляет значительно меньше энергии, чем троллейбус или сравнимый по величине автобус. Но автобусы и отчасти троллейбусы вытесняют трамвай.

Это связано с недостатками современного трамвая. Начнем с того, что трамваю нужны провод и рельсы. Это стоит больших денег. Примечательно, что в этих расходах чуть ли не 80 % приходится на электротехническую часть (понижающая подстанция, провод, изоляторы и их обслуживание).

По соображениям безопасности в условиях города можно прокладывать провода с напряжением не более 600–800 В. Но общая длина контактного провода сотни километров. При таком относительно низком напряжении потери на сопротивление проводов и несовершенство их изоляции, а также на понижающей подстанции могут превышать 80 %.

Расчеты же, проведенные в Московском государственном техническом университете (МАМИ), показали, что для движения трамвая массой 20 т со скоростью 60 км/ч требуется мощность всего… 5 кВт. Вот оно, преимущество движения по рельсам! Но современные трамвайные вагоны снабжаются двигателями общей мощностью 100–200 кВт. Такая мощность им нужна для разгона и преодоления подъема. В основном они работают на режиме частичной нагрузки. КПД их в этом случае значительно снижается. Исследования показывают, что с учетом потерь на понижающих подстанциях, в проводах и в электродвигателях КПД (вычисленный через отношение энергии, подведенной к колесу, к энергии, полученной от электросети) не превышает 6–7 %.

Создать трамвай без проводов, не нуждающийся в электроэнергии, пытались на протяжении всего столетия. В лаборатории перспективных разработок МАМИ предложен принципиально новый вид трамвая. В его основе комбинированная силовая установка. Она состоит из небольшого двигателя внутреннего сгорания (ДВС), приводящего в действие генератор, конденсаторной батареи и электродвигателя, приводящего в действие колеса трамвая. Здесь ДВС в отличие, например, от автомобильного работает всегда с постоянной мощностью в самом экономичном и малотоксичном режиме.

Если его мощность превышает мощность, необходимую для движения трамвая, то избыток энергии поступает на хранение в конденсаторную батарею. Но, если для движения трамвая понадобится мощность во много раз больше той, что развивает ДВС, тяговый электродвигатель получит добавочную энергию от батареи.

На этом роль ее не кончается.

Конденсаторная батарея поможет трамваю сберечь уйму энергии.

Около 25 % времени трамвай движется в режиме замедления. В этот момент электродвигатель начинает работать в режиме генератора и кинетическая энергия трамвая превращается в электрическую и посылается на хранение в конденсаторы. Отметим, что подобный режим работы, его называют рекуперативным торможением, используется и в обычных трамваях. При этом они отдают энергию торможения в контактную сеть. Но ввиду огромных потерь энергии в ней польза невелика.

В комбинированной силовой установке МАМИ удается сохранить до 80 % энергии, обычно теряемой при торможении.

И вот первый практический результат. Построена модель. Это вагонетка массой в одну тонну, оснащенная электродвигателем мощностью 5 кВт. Энергию вырабатывала серийная отечественная двигатель-генераторная установка АБ-1, развивавшая электрическую мощность один киловатт. В качестве накопителей энергии применялись конденсаторы К50-17 при работе на напряжении около 300 В или молекулярные накопители, работавшие при напряжении 60 В. Масса конденсаторов составляла 50 кг.

Несмотря на малую мощность генератора, вагонетка с шестью пассажирами набирала скорость 60 км/ч за 5 секунд. Расход топлива при движении вагонетки по городскому циклу составлял 1–1,2 кг на 100 км.

Сравнимый по массе и вместимости даже очень хороший автомобиль расходует топлива в 5–7 раз больше.

Предлагается на первых порах оснастить подобными силовыми установками все существующие трамваи. Это позволит отказаться от контактных сетей, расходы на обслуживание которых составляют 80 % стоимости эксплуатации трамвайного парка. Не следует забывать и про стоимость контактного провода, масса которого в Москве составляет 500 тонн.

Один из аргументов противников трамвая — грохот его колес. Но это связано с тем, что выполнены они целиком стальными, поскольку служат для передачи электричества через рельсы. В 30-е годы знаменитый испанский дизайнер Бугатти спроектировал для германского правительства поезд, имевший бесшумные колеса, состоявшие из стального обода с деревянной сердцевиной. Они выдерживали скорость до 200 км/ч. Нечто подобное можно было бы поставить и на новый трамвай.

В.ХОРТОВ

Рисунки А. ИЛЬИНА

Новое из… старого

Уже в конце этого года в Москве появятся новые фирменные трамваи «ТРМП-1». Самое интересное, что их будут делать из… старых.