鉄道話

http://business.nikkeibp.co.jp/article/topics/20090317/189219/?top
 

東京〜新青森間を約3時間で結ぶ新型の新幹線が2011年春に登場する。 営業運転で最高時速320kmを達成し、世界最速の仏TGVと並ぶ。 安全性や乗り心地にも配慮。新たな技術が数々導入された。

 

 新幹線とは時速200km以上の速度で走行する幹線鉄道のことを指す。1964年に時速210kmの営業速度で開通し、40年以上にわたって技術 を熟成させてきた。97年には西日本旅客鉄道(JR西日本)が山陽新幹線で「500系」の運行を始め、時速300kmの営業速度を達成した。

 そして2011年の春、東日本旅客鉄道(JR東日本)は最高時速320kmの新型車両「E5系」の営業運転を始める。

時速360kmを目指したが

 運行するのは東北新幹線の区間だ。現在は青森県の八戸駅から新青森駅に至る延伸工事が行われており、2010年末には東京〜新青森間をつなぐ大動 脈が完成、新型新幹線がデビューする舞台が整う。当面は時速300kmで走行する予¥定だが、性能¥をフルに使えば、乗り継ぎも含めて現在4時間近くかかって いる東京と新青森の間が3時間5分で結ばれる。

 E5系の車両は今年の夏に完成し、まずは仙台から北側で走行試験を行う。実は、JR東日本は2005年から新型車両の試験走行を行っていた。当 初、目標とした営業運転の速度は時速360kmで、試験車両は「ファステック360」と呼ばれた。現在も大宮〜八戸間を試験走行しており、最高速度は時速 400kmを超える。

 

試験車両「ファステック360」にあった空気抵抗増加装置(オレンジ色の部分)は採用が見送られた

 ファステック360を実用化することで、フランスの高速鉄道TGVが営業運転で既に実現している時速320kmを超えることを期待されていた。

 しかし、JR東日本の出した回答は「営業運転で時速320km」だった。モーター性能¥を向上させ、車両を改良すれば高速化は可能¥だが、営業運転と なれば車両の消耗や劣化や、橋梁や高架橋などインフラの補強も含めコストが増大する。「乗客のニーズと費用のバランスを考えて出した答えが時速320km だった」と鉄道事業本部車両技術センターの遠藤知幸課長は話す。

 同じく開発に携わった田島信一郎次長も「スポーツカーを開発するわけではない。お客様に安心・快適に移動してもらう技術を追求すべきだ」と言う。 JR東日本の技術陣が最も心配したのは安全性だった。2004年10月の新潟県中越地震が起きた時、同社の新幹線が脱線事故を起こした。幸い死傷者は出さ なかったが、その記憶が技術者の脳裏に焼きついている。

 

 緊急時にできるだけ早く止まること。それは、新型新幹線の開発で最優先された課題だった。

 速く走るほど、止まるまでの距離は延びる。時速275kmで営業運転している東北新幹線「はやて」は完全に停止するまでに約4kmが必要だ。同じ 距離で止まるため、最高時速360kmのファステック360には、車体内部に収容してある「空気抵抗増加板」を猫の耳のように外部にせり出させて、制動力 を増やす仕掛けがあった。

¥"安全性を高め乗り心地も向上¥"

 しかし、この装置は営業面で問題があった。左右1対の“耳”を7カ所に取りつけるため、その収納スペースとして座席が7列も減ってしまうのだ。 「10両編成の場合、5%ほど座席が減る計算になる」と田島次長は言う。そのため、この制動装置の採用は見送られることになった。

 代わりに導入されたのが、車輪とレールの間の摩擦力を高める技術だ。

 

セラミック粉で摩擦力上げる

 鉄を素材とする車輪とレールは、転がり抵抗を減らすため鏡面のように磨かれている。急制動をかけて車輪が止まったとしても、氷の上を滑るように車両が進んでしまう恐れがあるのだ。

 そこで、急制動をかけた時に車輪とレールの間にセラミックの粉末を噴射して、摩擦力を増やすようにした。

 もともと急勾配の路線を走る列車用に開発された技術で、10年ほど前に実用化された。新幹線でも500系で先行して採用されている。「E5系では4カ所に設置した。実験を繰り返して適切な噴射の量やタイミングを割り出した」と田島次長は話す。

 ブレーキの部品も耐久性が高いものを新たに開発した。

 ブレーキは自動車などのディスクブレーキと同様、車輪に取りつけたディスクをブレーキパッドで挟み込む構¥造になっている。従来、新幹線のブレーキ は、ディスクの外周側に力がかかり過ぎる傾向があった。摩擦熱が多い場所は摩耗も激しい。これが部品の寿命を縮める原因になっていた。

 そこで、ディスク全体に満遍なく摩擦力が起こるよう、ブレーキパッドの接触面を細かく分割して再配置した。ファステック360の試験走行では最高約620度まで上昇したディスクの温度を約500度までに抑えることができた。

パンタグラフを1本に

 路線周辺に暮らす住民に配慮して、騒音の軽減も図った。騒音は空気と車両がぶつかった時に生じるため、空気抵抗を低減した。

 

¥"時速300kmで営業運転する500系¥"

時速300kmで営業運転する500系

 

 当初、先頭車両の形には2つの候補があった。1つが車両の先端が真っすぐ突き出た「アローライン」。そしてもう1つが、先端が低い位置にある「ス トリームライン」である。後者は500系と似た形状をしている。JR東日本は2通りの試験車両を作って試験を繰り返し、結果としてアローラインを選択し た。理由はトンネル通過時の音である。

 新幹線が高速でトンネルに進入すると、空気鉄砲のようにトンネル内の空気が急激に圧縮される。そして、圧縮された空気が出口で放出される時、ドーンという炸裂音を立てる。「トンネルドン」と呼ばれる現象だ。

 

 それを軽減するには、先頭車体の先端を細くして断面積を小さくし、そして徐々に幅を広げるデザインが有効だ。「営業運転の区間における試験では、アローラインの方が騒音が小さかった」と田島次長は説明する。

 風切り音の軽減も図った。風切り音は車体に出っ張りやへこみがある所で発生する。そこで、連結部分や車体下部など、これまでは覆っていなかった部分までアルミ製のカバーをつけた。

 

 技術陣が最も頭を悩ませたのが、屋根のパンタグラフが起こす音だ。電気が流れている架線と、パンタグラフ側の接点である「摺り板」の摩擦音を完全になくすことはできない。そこで、数そのものを減らすことにした。

¥"40年間で営業速度は1.5倍に¥"

 営業運転している「E2系」の「はやて」や「あさま」は8〜10両編成で2本のパンタグラフを使っている。それを1本だけで十¥分な電力を得られるよう改良した。そのポイントは、架線と摺り板を常に密着させる技術である。

 架線は自重でややたわんでいる。車両も振動などで細かい上下動を繰り返している。在来線やこれまでの新幹線では、走行中、瞬間的にこの2つが離れることがあった。これが通電の効率を落とす大きな原因だった。

 パンタグラフのバネを強くして摺り板を架線に強く押しつければ、接触面は離れにくくなるが、摩擦音も大きくなってしまう。そこで、短い擦り板を縦 に数枚並べて接触面を広げる構¥造にした。一つひとつの摺り板が架線のたわみや車両の振動に合わせて動くので、常にどれかが架線に接触している状態を保て る。

 乗り心地を向上させるための新しい技術も盛り込んだ。客室内の揺れの軽減である。

 車両の横揺れをセンサーで検知して、それを相殺する方向に客室を瞬間的に動かす。同様の仕組みは従来の新幹線でも採用されているが、力を加えるの に空気シリンダーを使っていた。空気が圧縮されてから力が伝わるため、制御が必要なタイミングからわずかに遅れる傾向があった。そこでE5系では電動アク チュエーターを採用して、より細かな動きを瞬時に伝えられるようにした。

 また、カーブを通過する時は曲がる方向に車体を傾け、遠心力による不快感を軽減する「空気バネ」も採用した。

スピードより安全性、快適性

 スピードの追求だけではなく、安全性や乗り心地も同時に高めている日本の新幹線技術は、海外でも高く評価されている。台湾では2007年から開通 した高速鉄道に「700系」新幹線が採用された。中国の高速鉄道にもE2系の技術が導入されたほか、米国でも新幹線導入の話が進んでいる。

 昨秋、高度成長期に日本の大動脈の役割を果たした初代の新幹線「0系」が44年にわたる定期営業運転を終えた。この間、故障や不具合が原因となる死亡事故を1回も起こしていない。安全神話のバトンを受け継ぐE5系は、日本の鉄道技術の高さを証明する使命も背負っている。

 

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速度的にも一線級ですが、新幹線の場合、そのダイヤの過密ぶりが

世界的に見ても異様らしいですね。

部品の消耗もそれなりに考慮しないと安全性を末永く保てないのかも。

 

速度については、別に世界一狙わなくて良いと思うんですけどね(^^;

中国のは事故に対する備えとかちゃんとしてるんだろうか・・・

 


 

ところで、あんな猫耳で空気抵抗になるのん?(^^;;


[일본경제] 또 쓸데없이 긴, 신간선의 기사

http://business.nikkeibp.co.jp/article/topics/20090317/189219/?top
 

도쿄~ 신아오모리간을 약 3시간에 묶는 신형의 신간선이 2011년 봄에 등장한다. 영업 운전으로 최고 시속 320 km를 달성해, 세계 최고 속도의 불TGV와 대등하다. 안전성이나 승차감에도 배려.새로운 기술이 여러 가지 도입되었다.

 

 신간선과는 시속 200 km이상의 속도로 주행하는 간선철도를 가리킨다.1964년에 시속 210 km의 영업 속도로 개통해, 40년 이상에 걸쳐서 기술 (을)를 숙성시켜 왔다.97년에는 서일본 여객철도(JR서일본)가 산요신칸센에서 「500계」의 운행을 시작해 시속 300 km의 영업 속도를 달성했다.

 그리고 2011년의 봄, 동일본 여객 철도(JR동일본)는 최고 시속 320 km의 신형 차량 「E5계」의 영업 운전을 시작한다.

시속 360 km를 목표로 했지만

 운행하는 것은 토호쿠 신간선의 구간이다.현재는 아오모리현의 하치노헤역에서 신아오모리역에 이르는 연신 공사를 하고 있어 2010년말에는 도쿄~ 신아오모리간을 잇는 대동 맥이 완성, 신형 신간선이 데뷔하는 무대가 갖추어진다.당면은 시속 300 km로 주행하는 예정이지만, 성능을 풀로 사용하면, 환승도 포함해 현재 4시간 가까이 걸려 있는 도쿄와 신아오모리의 사이가 3시간 5분에 연결된다.

 E5계의 차량은 금년의 여름에 완성해, 우선은 센다이로부터 북측으로 주행 시험을 실시한다.실은, JR동일본은 2005년부터 신형 차량의 시험 주행을 실시하고 있었다.당 처음, 목표로 한 영업 운전의 속도는 시속 360 km로, 시험 차량은 「파스텍크 360」(이)라고 불렸다.현재도 오미야~하치노헤간을 시험 주행하고 있어, 최고속도는 시속 400 km를 넘는다.

 

시험 차량 「파스텍크 360」에 있던 공기 저항 증가 장치(오렌지색의 부분)는 채용이 보류되었다

 파스텍크 360을 실용화하는 것으로, 프랑스의 고속 철도 TGV가 영업 운전으로 이미 실현되고 있는 시속 320 km를 넘는 것을 기대되고 있었다.

 그러나, JR동일본이 낸 회답은 「영업 운전으로 시속 320 km」였다.모터 성능을 향상시켜, 차량을 개량하면 고속화는 가능이지만, 영업 운전과 되면 차량의 소모나 열화나, 교량이나 고가다리 등 인프라의 보강도 포함 코스트가 증대한다.「승객의 요구와 비용의 밸런스를 생각해 낸 대답이 시속 320km (이었)였다」라고 철도 사업 본부 차량 기술 센터의 엔도 사토루행과장은 이야기한다.

 같은 개발에 종사한 타지마 신이치로우 차장도 「스포츠카를 개발하는 것은 아니다.고객에게 안심·쾌적하게 이동받는 기술을 추구해야 한다」라고 한다. JR동일본의 기술진이 가장 걱정한 것은 안전성이었다.2004년 10월의 니가타현 나카고에 지진이 일어났을 때, 동사의 신간선이 탈선 사고를 냈다.다행히 사상자는 출이야 없었지만, 그 기억이 기술자의 뇌리에 구워 붙어 있다.

 

 긴급시로 할 수 있을 뿐(만큼) 빨리 멈추는 것.그것은, 신형 신간선의 개발로 최우선 된 과제였다.

 빠르게 달리는 만큼, 멈출 때까지의 거리는 늘어난다.시속 275 km로 영업 운전하고 있는 토호쿠 신간선 「하야테」는 완전하게 정지하기까지 약 4 km가 필요하다.같다 거리로 멈추기 위해, 최고 시속 360 km의 파스텍크 360에는, 차체 내부에 수용되어 있는 「공기 저항 증가판」을 고양이의 귀와 같이 외부에 앞으로 밀어내게 하고, 제동력 (을)를 늘리는 장치가 있었다.

안전성을 높여 승차감도 향상

 그러나, 이 장치는 영업면에서 문제가 있었다.좌우 1대의“귀”를 7개소에 설치하기 위해, 그 수납 스페이스로서 좌석이 7열도 줄어 들어 버린다. 「10 양편성의 경우, 5% 정도 좌석이 줄어 드는 계산이 된다」라고 타지마 차장은 말한다.그 때문에, 이 제동 장치의 채용은 보류되게 되었다.

 대신에 도입된 것이, 차바퀴와 레일의 사이의 마찰력을 높이는 기술이다.

 

세라믹가루로 마찰력 올린다

 철을 소재로 하는 차바퀴와 레일은, 구름 저항을 줄이기 위해 경면과 같이 닦아지고 있다.급제동을 걸치고 차바퀴가 멈추었다고 해도, 얼음 위를 미끄러지도록(듯이) 차량이 진행되어 버릴 우려가 있다.

 거기서, 급제동을 걸쳤을 때에 차바퀴와 레일의 사이에 세라믹의 분말을 분사하고, 마찰력을 늘리도록(듯이) 했다.

 원래 급구배의 노선을 달리는 열차용으로 개발된 기술로, 10년 정도 전에 실용화되었다.신간선으로도 500계로 선행해 채용되고 있다.「E5계에서는 4개소에 설치했다.실험을 반복해 적절한 분사의 양이나 타이밍을 산출했다」라고 타지마 차장은 이야기한다.

 브레이크의 부품도 내구성이 높은 것을 새롭게 개발했다.

 브레이크는 자동차등의 디스크 브레이크와 같이, 차바퀴에 설치한 디스크를 브레이크 패드로 사이에 두는 구조가 되어 있다.종래, 신간선의 브레이크 (은)는, 디스크의 외주 측에력이 너무 걸리는 경향이 있었다.마찰열이 많은 장소는 마모도 격렬하다.이것이 부품의 수명을 줄이는 원인이 되어 있었다.

 거기서, 디스크 전체에 만편 없게 마찰력이 일어나도록, 브레이크 패드의 접촉면을 세세하게 분할해 재배치했다.파스텍크 360의 시험 주행에서는 최고 약 620도까지 상승한 디스크의 온도를 약 500도까지 억제할 수 있었다.

팬터그래프를 1개에

 노선 주변에 사는 주민에게 배려하고, 소음의 경감도 도모했다.소음은 공기와 차량이 부딪쳤을 때에 생기기 위해, 공기 저항을 저감 했다.

 

시속300km으로 영업 운전하는500계

시속 300 km로 영업 운전하는 500계

 

 당초, 선두 차량의 형태에는 2개의 후보가 있었다.1개가 차량의 첨단이 곧바로 뚫고 나온 「아로라인」.그리고 이제(벌써) 1개가, 첨단이 낮은 위치에 있는 「스 새-얼룩짐 인」이다.후자는 500계와 닮은 형상을 하고 있다.JR동일본은 2방법의 시험 차량을 만들고 시험을 반복해, 결과적으로 아로라인을 선택해 .이유는 터널 통과시의 소리이다.

 신간선이 고속으로 터널에 진입하면, 공기 총과 같이 터널내의 공기가 급격하게 압축된다.그리고, 압축된 공기가 출구에서 방출될 때, 돈이라고 하는 작렬 소리를 낸다.「톤네르돈」이라고 불리는 현상이다.

 그것을 경감하려면 , 선두 차체의 첨단을 가늘게 해 단면적을 작게 해, 그리고 서서히 폭을 펼치는 디자인이 유효하다.「영업 운전의 구간에 있어서의 시험에서는, 아로라인이 소음이 작았다」라고 타지마 차장은 설명한다.

 바람 가르는 소리의 경감도 도모했다.바람 가르는 소리는 차체에 불룩함이나에 포함이 있는 곳에서 발생한다.거기서, 연결 부분이나 차체 하부 등, 지금까지는 가리지 않았던 부분까지 알루미늄제의 커버를 붙였다.

 

 기술진이 가장 골머리를 썩은 것이, 지붕의 팬터그래프가 일으키는 소리다.전기가 흐르고 있는 가선과 팬터그래프측의 접점인 「접판」의 마찰음을 완전하게 없앨 수 없다.거기서, 수그 자체를 줄이기로 했다.

40년간에 영업 속도는 1.5배에

 영업 운전하고 있는 「E2계」의 「하야테」나 「아님」은 8~10 양편성으로 2개의 팬터그래프를 사용하고 있다.그것을 1개만으로 10분인 전력을 얻을 수 있도록(듯이) 개량했다.그 포인트는, 가선과 접판을 항상 밀착시키는 기술이다.

 가선은 자중으로 약간 튀고 있다.차량도 진동등으로 세세한 상하동을 반복하고 있다.재래선이나 지금까지의 신간선에서는, 주행중, 순간적으로 이 2가 떨어지는 일이 있었다.이것이 통전의 효율을 떨어뜨리는 큰 원인이었다.

 팬터그래프의 용수철을 강하게 해 접판을 가선에 강하게 억누르면, 접촉면은 떨어지기 어려워지지만, 마찰음도 커져 버린다.거기서, 짧은 스침판을 세로 에 수매 늘어놓아 접촉면을 펼치는 구조로 했다.하나 하나의 접판이 가선의 굴곡이나 차량의 진동에 맞추어 움직이므로, 항상 어떤 것인가가 가선에 접촉하고 있는 상태를 유지해라 .

 승차감을 향상시키기 위한 새로운 기술도 포함시켰다.객실내의 흔들림의 경감이다.

 차량의 좌우 흔들림을 센서로 검지하고, 그것을 상쇄할 방향으로 객실을 순간적으로 움직인다.같은 구조는 종래의 신간선으로도 채용되고 있지만, 힘을 더해 에 공기 실린더를 사용하고 있었다.공기가 압축되고 나서 힘이 전해지기 위해, 제어가 필요한 타이밍부터 조금 늦는 경향이 있었다.거기서 E5계에서는 전동 악 츄에이타를 채용하고, 보다 섬세한 움직임을 순간에게 전할 수 있도록(듯이) 했다.

 또, 커브를 통과할 때는 구부러질 방향으로 차체를 기울여 원심력에 의한 불쾌감을 경감하는 「공기 용수철」도 채용했다.

스피드부터 안전성, 쾌적성

 스피드의 추구 만이 아니고, 안전성이나 승차감도 동시에 높이고 있는 일본의 신간선 기술은, 해외에서도 비싸게 평가되고 있다.대만에서는 2007년부터 개통 한 고속 철도에 「700계」신간선이 채용되었다.중국의 고속 철도에도 E2계의 기술이 도입된 것 외, 미국에서도 신간선 도입의 이야기가 진행되고 있다.

 작년 가을, 고도 성장기에 일본의 대동맥의 역할을 완수한 초대의 신간선 「0계」가 44년에 걸치는 정기 영업 운전을 끝냈다.이전, 고장이나 불편이 원인이 되는 사망 사고를 한번도 일으키지 않았다.안전 신화의 배턴을 계승하는 E5계는, 일본의 철도 기술의 높이를 증명하는 사명도 떠맡고 있다.

 

―――――――――――――――――――――――――――――――――――

 

속도적으로도 일선급입니다만, 신간선의 경우, 그 다이어의 과밀상이

세계적으로 봐도 이상한 것 같네요.

부품의 소모도 그 나름대로 고려하지 않으면 안전성을 오래도록 유지할 수 없는 것인지도.

 

속도에 대해서는, 별로 세계 제일 노리지 않아 좋다고 생각하기는 하지만요(^^;

중국의 것은 사고에 대한 준비라든지 제대로 하는 것일까인가···

 


 

그런데, 저런 묘이로 공기 저항이 되는 것 응?(^^;;


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