تجهیزات حمل و نقلتجهیزات حمل و نقل ریلی
موضوعات داغ

ارزیابی سیستم های نوین ریلی با رویکرد بهینه سازی مصرف انرژی و افزایش ایمنی

سیستم های حمل ریلی

ارزیابی سیستم های نوین ریلی با رویکرد بهینه سازی مصرف انرژی و افزایش ایمنی

 

سید محمد سید حسینی، بهاره حاجی زاده

نهمین کنگره ملی مهندسین عمران اردیبهشت 1395

ارزیابی سیستم های نوین ریلی با رویکرد بهینه سازی مصرف انرژی و افزایش ایمنی 12 | آفکو
مقدمه

صنعت حمل و نقل در واقع به عنوان یکی از عناصر اصلی در توسعه اقتصادی هر کشور از مهم ترین زیر ساخت های هر جامعه می باشد.

در مورد کشور ایران با توجه به موقعیت جغرافیایی، پتانسیل بسیار مناسبی در زمینه حمل و نقل و ترانزیت وجود دارد. علی رقم افزایش زیرساخت ها در حمل و نقل، رشد تقاضا متناسب با آن پیش نرفته و در بسیاری از موارد زیرساخت های موجود جوابگوی نیاز حمل و نقل نبوده یا اینکه در برخی از موارد نگه داری و حفظ برخی از زیرساخت ها و مسیرهای موجود با در نظر گرفتن میزان تقاضا در آن مسیر از نظر اقتصادی به هیچ عنوان مقرون به صرفه نمی باشد.

به همین دلیل در دهه های اخیر به کارگیری تکنولوژی نوین به منظور افزایش بهره وری مد نظر مدیران قرارگرفته است. در کشورهای توسعه یافته با استفاده از فناوری روز در طی دهه های اخیر توانسته اند ضمن ارتقای سطح ایمنی و کارایی سیستم های حمل و نقل ریلی ، ظرفیت بهره وری از زیرساخت های موجود را به میزان قابل توجهی افزایش دهند.

در کشورهای در حال توسعه، مانند ایران، که استفاده از این سیستم ها به صورت کامل و فراگیر آغاز نشده و در مراحل اولیه استفاده از تکنولوژی جدید در بهره برداری بهینه از زیرساخت ها قراردارند، پایه ریزی مناسب استفاده از تکنولوژی های استاندارد هوشمند سازی حمل و نقل باعث می شود تا از سرمایه گذاری مجدد و صرف هزینه های تکراری به منظور هماهنگ و استاندارد سازی این سیستم ها در آینده جلوگیری شود.

  • ایجاد ارتباط و هماهنگی بین زیر سیستم های اطلاعاتی هر یک از سیستم های هوشمند
  • افزایش سطح سرویس دهی برای همه افراد و تامین عدالت در بخش حمل و نقل
  • ارتقاء سطح مشارکت بخش حمل و نقل در توسعه اقتصاد کشور
  • مشارکت سیستم های هوشمند در کنار سایر روش های سنتی و پیشرفته برای حل مشکلات و معضلات اساسی حمل و نقل
  • ایجاد ارتباط مناسب بین روش های مختلف حمل و نقل به منظور بهبود کارایی، کیفیت و وضعیت حمل و نقل برای جا به جایی کالا و مسافر
  • جلوگیری از سرمایه گذاری های تکراری در بخش های خصوصی و دولتی
  • ایجاد هماهنگی بین زیر سیستم های اطلاعاتی هر یک از سیستم های هوشمند
  • چون حمل و نقل مقوله خاص محدود به مرزهای کشور نیست، تغییرات ایجاد شده در همه کشورها باید هماهنگ با هم باشد تا در این گردونه قادر به ادامه فعالیت باشند
  • ساخت راه ها بدون توجه به سیستم های حمل و نقل هوشمند، علاوه بر افزایش هزینه ساخت و ساز در راه ها، تحول و طرح مجدد سیستمهای هوشمند در این راه ها را با مشکل مواجه می نماید
  • برخی مواقع استفاده از روش های سنتی برای حل معضلات حمل و نقلی ناتوان خواهد بود
  • کسب تجربه در بازار تکنولوژی هوشمند و تقویت بخش خصوصی در این زمینه، موجب آن خواهد شد که بخشی از این بازار در اختیار محققین و مبتکران صنعت در کشور قرار گیرد

 

بررسی مزایای حمل و نقل ریلی راهکارهای توسعه و افزایش سهم راه آهن

 

ارزیابی سیستم های نوین ریلی با رویکرد بهینه سازی مصرف انرژی و افزایش ایمنی 13 | آفکو

نقش اساسی و کلیدی حمل و نقل در اقتصاد و توسعه اقتصادی از دو بعد توسعه ملی و قیمت تمام شده کالا قابل بررسی است و یکی از اهرم های توسعه ملی، توجه به عوامل زیرساختی استکه در راس آنها شبکه های دسترسی حمل و نقل قرار دارند.

یکی از مزیت های مهم حمل و نقل ریلی محیط زیست است که امروزه در مسائل توسعه یک پارامتر حساس و تعیین کننده به شمار می رود، عامل دیگری که به مزیت راه آهن کمک می کند، نقش هزینه سوخت است. در واقع اگر هزینه های جا به جایی را در چند بند مانند هزینه وسیله نقلیه، قطعات یدکی و هزینه نگه داری خلاصه کنیم ، باز شبکه راه آهن توجیه پذیر است و اهمیت خود را نشان می دهد. هدف از حمل و نقل، جا به جایی انسان و کالا از نقطه ای به نقطه ای دیگر به طور مطلوب و مقبول و یا تولید خدمات حمل و نقل با تقاضای جابه جایی انسان و کالا به طور هماهنگ، جامع، یکپارچه، ایمن، فراوان، منظم، سریع، راحت و ارزان است. به عبارتی نیز می توان گفت حمل و نقل تولید نیست ولی هیچ تولیدی بدون حمل و نقل نیست. سیستم های حمل و نقل هر یک دارای مزایا و معایبی هستند. این مزایا و معایب دارای شکل های گوناگونی از نظر سهولت دستیابی سوخت، ایمنی راحتی و رفاه، زمان ، آلودگی زیست محیطی، ارزانی، سرعت و غیره می باشد.

به طور متوسط سالیانه 25 درصد از انرژی تولید شده در کشور در بخش حمل و نقل مصرف می گردد و دارای رتبه سوم در بین بخش های مصرف کننده انرژی بوده است.

این بخش 5/98 درصد بنزین و 6/49 درصد نفت گاز را مصرف می نماید. در این میان راه آهن از امتیازات ویژه در زمینهمصرف انرژی برخوردار بوده است.

چنانچه مصرف سوخت قطار 10 برابر نسبت به مصرف سوخت کامیون افزایش یابد، بار حمل شده توسط قطار 50 برابر افزایش خواهد یافت.

در زمینه آلودگی شنیداری راه آهن مفید تر بوده و تحقیقات علمی ثابت کرده است که سر و صداهای بیشتری حاصل از هواپیما و خودروهای جاده ای تولید می شود. همچنین راه آهن به اندازه هایی که جاده ها در موازنه محیطی دخالت دارند، تغییر ایجاد نمی کند.

افزایش ظرفیت خطوط یکی از مسائل جدیست که می تواند به وسیله راه آهن ها اتخاذ گردد، لازم به ذکر است همانطوری که استفاده از تجهیزات پیشرفته در نیروی کشش و یا علائم ارتباطی دارای امتیازی است به همان صورت نیز برنامه ریزی دقیق استفاده از این تجهیزات در زمینه بهره برداری و مهندسی باعث افزایش و باقی ماندن عملکرد در سطح بالایی از کارایی می شود.

پیشنهادات برای بالا رفتن سهم راه آهن ازجابه جایی مسافر توجه به کاهش زمان مسافرت می باشد. زمان مسافرت با قطار در بیشتر مسیرهای موجود از زمان مسافرت با اتوبوس بیشتر است. در حقیقت راه آهن از این لحاظ فاقد تکنولوژی نوین می باشد. اصلاح خطوط و استفاده از قطار های سریع السیر می تواند به نحو قابل توجهی در افزایش سهم راه آهن موثر باشد.

ارزیابی سیستم های نوین ریلی با رویکرد بهینه سازی مصرف انرژی و افزایش ایمنی 14 | آفکو

بررسی سیستم های نوین حمل و نقل ریلی

 

رشد جمعیت و شغل در پروسه سریع شهرسازی در قرن بیست و یکم تقاضای قابل توجهی برای حمل و نقل ایجاد نموده است. با رشد تقاضا حمل و نقل هوایی و جاده ای از ازدحام و تاخیرات زیادی متاثر خواهد شد. امتداد یافتن و بزرگ شدن بزرگراه ها و فرودگاه ها هم پر هزینه و هم مشکل می باشد در این راستا قادربه تامین راهکارهای کافی برای ازدحام در حال رشد نمیباشد. یک راه جایگزین که توسط بسیاری از کشور ها در حال پیگیری است، سرمایه گذاری در شبکه های ریلی پرسرعت و پر بازده است تا تقاضای فشرده شده برای حمل و نقل سنگین مسافر را مجاب کند. این آلترناتیو نیز تنها راهی است که ممکن است اثرات پر سودی با کاهش مصرف انرژی و کم کردن برخی از نگرانی های محیط زیست به همراه داشته باشد. اما برای ایجاد سرمایه گذاری زیرساخت ها دولت ها نیاز دارند تصمیم سختی را به جهت پیچیدگی صنعت و فناوری های مربوطه اتخاذ نمایند. تصمیم گیری دولت برای چنین سرمایه گذاری هایی آزموده می شود. به منظور مطالعه دقیق صنعت، دو رویکرد مورد استفاده قرار می گیرد. ابتدا تامین منابع صنعت حمل و نقل سریع السیر (HSR) آزموده می شود. طبقه بندی جزئی از تامین منابع صنعت انجام شده و مفاهیم مختلف فناوری های پیشرفته مورد استفاده، طبیعت پیچیده چند محصول شرکت ها و موقعیت های متغییر بین المللی شرکت ها مشخص می شود. دوم اینکه اطلاعاتی از کلیه قراردادهای بین المللی HSR بین سالهای 2001 و2011 جمع آوری می شود. این قراردادها قابلیت آزمودن استراتژی های کاری تعقیب شده توسط تامین کنندگان حمل و نقل HSR و سازنده قطعات، نگرش به اندازه سفارشات و نوع قطارهایی که نقل و انتقال می شود و شکل مشارکت و سهام برای تامین تقاضاهای پیچیده تحمیل شده توسط دولت ها هنگامی که آنها برای این پروژه های سنگین مالی دعوت به مزایده می کنند، را می آزماید.

چندین عامل می تواند شبکه ریل را به ساخت یا بهبود سیستم سریع السیر برانگیزد. ازدحام یک عامل برجسته است که سرمایه گذاری را در جهت صرفه جویی در زمان سفر و ارتقاء بهره وری توجیه کند. انگیزه هایی که کشورهای مختلف را وادار به اجرای خطوط ریلی پر سرعت نموده متفاوت است برخی مانند ژاپن و چین برای اولین بار به منظورتامین تقاضا در خطوط ریلی معمولی پرازدحام حال حاضر انجام دادند. سیستم HSR به سه دلیل پدیدار شد. اول اینکه غلبه بر ظرفیت محدود خطوط قدیمی که برخی از سرمایه گذاری های جدید نیاز بود و راه کارهای با بازده بیشتر مانند HSR مورد نیاز بود. این دلیل برای شینکانسن ژاپن و TGV Sud-Est فرانسه بدیهی بود. کره و چین و تایوان نیز دلایل مشابهی داشتند. دوم اینکه، سیستم راه آهن سریع السیر سرعت ها را مخصوصا در مقاطع آهسته خطوط معمولی افزایش داد در جاییکه هزینه های بزرگ و فناوری ریلی کم نتوانست سرعت را افزایش دهد. این موردی برای سیستم های HSR آلمان بود. سوم اینکه این سیستم ها به عنوان راهی برای بهبود قابلیت دسترسی به مناطق دوردست تر پیشنهاد شدند. به طور مثال این تامین دسترسی در خط شینکانسن بین شهر Ossks و Fukuoka و اولین خط سریع السیر اسپانیا AVE بین Madrid و Sevilla وجود دارد. استفاده از ریل های بدون بالاست می تواند بر هزینه های سنگین نگه داری غلبه کند. به شکل ساده تر این سیستم شامل دال های پیوسته بتنی مانند سازه بزرگراه با تکیه گاه هایی که ریل به طور مستقیم بر روی سطح فوقانی توسط بالشتک ارتجاعی بر روی آن قرار می گیرد. ریل های بدون بالاست امکان حرکت هموار قطار را در سرعت بالاتر فراهم نموده و لنگرها را کاهش می دهد. ریل های بدون بالاست بسیار پر هزینه و درمورد ریل های موجود نیازمند بستن مسیر برای دوره زمانی تا حدودی طولانی می باشد. در هر صورت کل هزینه عمر آن کمتر می شود چراکه کاهش زیادی در نیاز به نگه داری و تعمیرات بوجود خواهد آمد. ریل بدون بالاست معمولا برای مسیرهای با بارگذاری بسیار بالا یا پر سرعت در امتدادهای کوتاهی که نیازمند مقاومت بیشتر(مانند ایستگاه ریل) یا برای جایگزینی شهری درمورد مشکلات استثنایی نگهداری بود.

ارزیابی سیستم های نوین ریلی با رویکرد بهینه سازی مصرف انرژی و افزایش ایمنی 15 | آفکو

راست: ریل های با تراورس چوبی و بستهای مکانیکی، ریل های HSR بدون بالاست  وسط: ژاپن  چپ: چین

معمولا سیستم SHR به پنج جزء تقسیم بندی می شود که شامل گروه مکانیکی، الکتریکی، لکوموتیوو قدرت، واگن و … می شود. لازم به ذکر است هر گروه شامل چندین جزء یا زیر جزء می شود که هر بخش در شرکت های بین المللی دارای تعاریف و استاندارد هایی می باشد. گروه مکانیکی شامل اجزای فیزیکی برای مدیریت و پشتیبانی قطار در حین حرکت بر روی ریل های موجود یا اختصاصی می باشد. دسته بندی مکانیزمی به عنوان ورودی محرک برای تولید نیروهای خروجی و نیروی محرکه برای قطار به کار می رود. یک مجموعه چرخ شامل کلیه اجزای محور چرخ یک قطار می باشد. تعلیق شامل سیستم فنرها، جاذب های ضربه و متصل کننده هایی که وسیله نقلیه را به چرخ ها متصل می کند. مستهلک کننده وسیله ای مکانیکی است که طراحی شده تا تکان ناگهانی ضربه و انرژی جنبشی را مستهلک کند. بوژی مجموعه ای از قطعات بوده که در زیر هر خودروی ریلی یا لکوموتیو وجود دارد و مجموعه چرخ ها را نگه می دارد تا وزن بدنه قطار را ساپورت کند، ایستایی قطار در زمان حرکت بر روی ریل مستقیم یا قوس را مطمئن سازد، ارتعاشات ایجاد شده توسط ریل را جذب و اثر نیروهای گریز را از مرکز ناشی از سرعت بالای قطار در قوس که منجر به عدم راحتی مسافرین می شود را کاهش دهد. برای برطرف کردن این نیازها، معمولا بوژی ها مجهز به سیستم تعلیق بسیار راحتی با بالاترین کیفیت در حین حرکت می شوند. در شکل زیر نمایی از بوژی های بکار رفته در TGV فرانسه ارائه شده است . کوپلر مکانیزمی برای اتصال واحدهای حرکتی ریلی در یک قطار است. ترمزها به کار می روند تا قطار قابلیت کاهش شتاب داشته باشد و نرخ افزایش شتاب را در شیب سرپایینی کنترل و یا در هنگام پارک کردن حالت سکون را حفظ کند. هرچه قابلیت دستیابی به نرخ ترمز گیری بالاتر باشد قطار بیشتر قادر به سفر در سرعتهای بیشتر است. به علاوه بالاتر بودن حداکثر نرخ ترمزگیری سطح ایمنی را افزایش می دهد.

ارزیابی سیستم های نوین ریلی با رویکرد بهینه سازی مصرف انرژی و افزایش ایمنی 16 | آفکو

راست: اجزای یک قطار سریع السیر  چپ: اجزای بوژی TGV فرانسوی

 

بهینه سازی مصرف انرژی و افزایش ایمنی

 

حمل و نقل جاده ای علاوه بر ایمنی کمتر مصرف سوخت را افزایش داده و آلودگی های صوتی و هوا را افزایش میدهد. همچنین در بخش حمل و نقل ریلی در بخشی از مسیرها با کمبود ظرفیت مواجه هستیم که باید با استفاده از روش های مناسب ظرفیت مسیرها را افزایش دهیم. روشهای زیادی برای افزایش ظرفیت مسیر وجود دارد که می توان به دو خطه کردن مسیر تک خطه، بازگشایی ایستگاه های بسته، افزایش بار محوری مجاز خط، افزایش سرعت گیر، استفاده از قطارهای طویل و … اشاره کرد. درمیان روش های ذکر شده دو خطه کردن مسیر دارای هزینه بسیار زیادی می باشد ولی باعث می شود ظرفیت به میزان زیادی افزایش یابد، روشهای دیگری مانند بازگشایی ایستگاه های بسته به صورت کوتاه مدت جوابگوی کمبود ظرفیت می باشند. روش افزایش بار محوری نیازمند تقویت یا تعویض زیرساخت ها می باشد. یکی از راه کارهای افزایش ظرفیت مسیر استفاده از قطارهای طویل می باشد، این قطارها با دارا بودن طولی در حدود چند برابر قطارهای معمولی می توانند ظرفیت مسیر را به میزان قابل ملاحظه ای افزایش دهند و در مقایسه با دو خطه کردن مسیر صرفه جویی زیادی در هزینه ها را به دنبال دارند. به طور کلی قطار طویل تشکیل شده از تعداد زیادی واگن که توسط چندین لکوموتیو کشیده می شوند، لکوموتیوها باید نیروی کافی برای کشیدن قطار را داشته باشند به گونه ای که این نیرو از مقاومت قلابها تجاوز نکند. در رابطه با استفاده از این قطارها مجبور به استفاده از چند لکوموتیو می باشیم که این لکوموتیوها باید در طول قطار توزیع شوند و این لکوموتیوهای توزیع شده بایستی توسط سیستمی الکتریکی هماهنگ شوند. قطارهای طویل در بسیاری از کشورهای صنعتی پیشرفته دنیا به وفور مورد استفاده قرار می گیرد. در کشورهایی همچون آفریقای جنوبی، استرالیا، برزیل، امریکای شمالی، اروپا و کشورهای اسکاندیناوی از سال 1975 از قطارهای طویل برای حمل مواد معدنی استفاده می شود. پیشرفت این قطارها از آن زمان خارق العاده بوده و در اکثر کشورهای پیشرفته این قطارها به صورت یک الزام اقتصادی درآمده اند.

 

چنانچه مصرف سوخت قطار 10 برابر نسبت به مصرف سوخت کامیون افزایش یابد، بار حمل شده توسط قطار 50 برابر افزایش خواهد یافت.
آفکو | مرجع حمل و نقل بین المللی

 

امتیاز این نوشته

امتیاز

امتیاز

امتیاز کاربران: 4.55 ( 1 رای)

مشاهده بیشتر

نوشته های مشابه

همچنین ببینید
بستن
دکمه بازگشت به بالا