Поезд длиной 200 м, ведомый локомотивом и составленный из двухэтажных вагонов, по самым приближенным расчетам на 10 % дороже в изготовлении, чем поезд такой же длины из обычных вагонов. При этом число мест для сидения больше на 20 %, чем в обычном поезде.
На Тайване, например, потребовалось при коротких пассажирских платформах максимально увеличить число мест в поезде. В европейском варианте (Alstom/Siemens) эту проблему предлагалось решить путем использования двухэтажных поездов с концевыми моторными вагонами, в японском — за счет моторвагонных поездов с вагонами увеличенной ширины (пять мест в ряду). Вариант двухэтажных поездов с распределенной тягой и еще бóльшим числом мест был признан нереальным из-за дефицита свободного пространства под кузовами вагонов для размещения оборудования.
К недостаткам двухэтажных поездов в высокоскоростном движении следует отнести:
· увеличенную нагрузку на ось;
· большой объем вытесняемого воздуха при движении в тоннелях;
· увеличенную боковую поверхность, воспринимающую ветровую нагрузку.
В высокоскоростном движении наметилась тенденция к использованию моторвагонных поездов. При разработке ICE3 руководствовались теми же соображениями, что и в начале 1970-х годов, когда создавался моторвагонный электропоезд серии 403: высокая скорость и соответствующая ей аэродинамика, повышенная мощность при хорошем сцеплении за счет большого числа моторных осей, комфортность.
Япония с самого начала разработки системы Синкансен ориентировалась на поезда с распределенной тягой, в то время как во Франции предпочтение отдали поездам TGV с концевыми моторными вагонами. Однако там тоже ведутся работы над высокоскоростным моторвагонным поездом AGV.
В дизель-поездах большим недостатком является вибрация, передаваемая кузову от дизеля. К этому добавляется шум вентиляторов, которые охлаждают тяговые преобразователи, размещенные, как и дизель, под кузовом.
Для эксплуатационных служб поездá на локомотивной тяге более удобны с точки зрения изменения составности в зависимости от колебаний пассажиропотока. В них пассажиры в поисках свободного места могут беспрепятственно проходить через весь состав, что невозможно в моторвагонных поездах, составленных из двух и более секций.
Для моторвагонных поездов и челночных, имеющих концевой вагон с кабиной управления, большое значение имеют поперечные ветровые нагрузки, величина которых при повышенной скорости и малой массе поезда становится опасной. В наибольшей степени ветровым нагрузкам подвержены японские поезда Синкансен, имеющие осевую нагрузку 12 т. Стесненные габариты тоннелей на их линиях потребовали поиска аэродинамически оптимального решения лобовой части поездов. Узкий и удлиненный обтекатель облегчает прохождение тоннелей. Однако при движении на открытых участках под действием бокового ветра на нем возникает «эффект крыла», в результате которого аэродинамическая подъемная сила разгружает переднюю тележку.
В Японии при создании поездов Синкансен стремятся к максимальному облегчению конструкций. В первые годы на линиях Синкансен имели место серьезные проблемы с состоянием верхнего строения пути. Это в основном объяснялось низким качеством щебеночного балласта при большой интенсивности движения высокоскоростных поездов.
Сейчас на линиях Синкансен используется путь на жестком основании. Для уменьшения осевых нагрузок поезд серии 700, состоящий из 11 вагонов, выполнен с 36 моторными осями, причем тяговая мощность составляет лишь 275 кВт на одну ось. Эта мера, направленная на сохранение верхнего строения пути, усложняет конструкцию подвижного состава. Хотя производство больших партий моторно-редукторных блоков более выгодно, в то же время увеличивается объем монтажа, а в эксплуатации увеличиваются затраты на техническое обслуживание и увеличивается вероятность повреждений. Другой крайностью с точки зрения концепции привода для такого поезда мощностью 9,9 МВт было бы использование двух четырехосных концевых моторных вагонов, как в поезде ICE1. При этом длина поезда увеличилась бы с 280 до 310 м при одном и том же числе мест.
Приведенные аргументы еще не позволяют сделать окончательный вывод о том, какой концепции тягового привода следует отдать предпочтение. В связи с этим дается сравнение двух реальных поездов, выполняющих одинаковую работу в близких эксплуатационных условиях, имеющих одинаковый годовой пробег и сравнимые концепции технического обслуживания. Для этого использованы данные DBAG и результаты исследований консалтинговой компании DE-Consult.
Целью сравнения является выбор поезда с более высокой экономической эффективностью, для чего сравнивали расходы LCC поезда ICE2 с концевыми моторными вагонами и ICE3 с распределенной тягой. Наиболее важные для сравнения технические данные приведены в табл. 8.1.
Таблица 8.1. Технические данные сравниваемых поездов
| Параметр | Сравниваемые поезда | |
| ICE2 | ICE3 | |
| Мощность, МВт | 2 х 4,8 | 16 |
| Масса тары, т | 814 | 900 |
| Длина поезда, м | 385 | 398 |
| Полезная длина, м | 306 (80 %) | 341 (86 %) |
| Число мест для сидения без учета ресторана | 927 (28 % в первом классе) | 1124 (27 % в первом классе) |
| Шаг расположения сидений, м: | ||
| первого класса | 1,15 | |
| второго класса | 0,94 | |
| Затраты на поезд, % | 100 | 118 |
| Удельные затраты на место для сидения, % | 100 | 98 |
Стоимость поезда с распределенной тягой выше, чем с концевыми моторными вагонами. Однако из-за большего числа мест в этом поезде почти сохраняется равновесие с точки зрения затрат на одно место, так как разница в 2 % лежит в пределах полосы разброса результатов.
Для сравнения необходимо рассмотреть также и другие факторы. Затраты на приобретение подвижного состава (капитальные) составляют всего лишь около 20 % LCC. Если пренебречь расходами на утилизацию, которые потребуются через 25 или более лет, то получается, что 80 % LCC приходятся на эксплуатацию и техническое обслуживание. Результаты сравнения приведены в табл. 8.2.
Т а б л и ц а 8.2. Сравнение затрат жизненного цикла
| Параметр | Сравниваемые поезда | |
| ICE2 | ICE3 | |
| Срок службы, лет | 25 | |
| Годовой пробег, тыс. км | 550 | |
| Капитальные затраты, % LCC | 20,2 | 21,5 |
| Затраты на эксплуатацию без учета расхода энергии, % (%LCC) | 100 (47,5) | 104 (44,9) |
| Затраты на энергию, % (%LCC) | 100 (11,3) | 125 (13,5) |
| Затраты на техническое обслуживание, % (%LCC) | 100 (21) | 105 (20) |
| Общие LCC, % | 100 | 110 |
| Удельные LCC на место для сидения, % | 100 | 91 |
По предварительным расчетам, потребление электроэнергии более мощным поездом с распределенной тягой, а также расходы на его текущее содержание выше из-за большего числа тяговых двигателей и увеличенной пассажировместимости. Хотя общие LCC поезда с распределенной тягой на 10 % выше, они покрываются за счет более высоких доходов, обусловленных бóльшим числом мест. В качестве окончательного результата сравнения может служить 9 %-ный выигрыш в пользу поезда с распределенной тягой по удельным LCC на одно пассажирское место.
Несмотря на полученные расчетным путем и приведенные в таблицах результаты для поездов семейства ICE, каждый конкретный случай выбора должен рассматриваться отдельно с учетом всех местных условий и параметров, таких, как скорость движения, расстояние между остановками, топография линий, величина пассажиропотока, возможности изготовления, ремонта и текущего технического обслуживания в стране использования. Для поездов на локомотивной тяге более удобна давно сложившаяся система технического обслуживания в локомотивных и вагонных депо.
Компактный монтаж электрооборудования в локомотиве проще, чем при его распределении по всей длине под кузовами вагонов в моторвагонном поезде. Для технического обслуживания полносоставных моторвагонных поездов в депо нужны цеха большой длины. Опыт показывает, что эффективность технического обслуживания значительно выше при проведении его на комплектном поезде, чем повагонно.
Вагоны поездов ICE3 и ICE-T изготавливают в Германии разные компании, объединенные в консорциум. Формирование поездов происходит лишь на путях испытательного центра компании Siemens в Вегберг-Вильденрате.
Для поездов, используемых в дальнем сообщении, требование повышенной силы тяги при трогании (как у поездов S-Bahn) не является обязательным. Однако здесь должна быть обеспечена избыточная сила тяги при выходе на максимальную скорость или движении на подъемах до 40 ‰. Достижение необходимой силы тяги связано с проблемой использования сцепления, которое, в свою очередь, зависит от осевой нагрузки в поездах на локомотивной тяге и от числа моторных осей в моторвагонных поездах. Эти проблемы успешно решаются благодаря использованию средств современной силовой электроники и надежной защите от юза и боксования. При этом достаточной является мощность 1,4 МВт на ось локомотива (концевого моторного вагона) или 0,5 МВт на ось моторвагонного поезда.
Поезда ICE1 и ICE2 с концевыми моторными вагонами, с распределенной тягой ICE3 и ICE-T из вагонов с наклоняемыми кузовами появились в последние 10 лет. В настоящее время они представляют собой семейство поездов высокого класса, используемых в дальних сообщениях. Каждый из них имеет свою нишу на рынке транспортных услуг: ICE1 большой пассажировместимости используется на протяженных маршрутах, ICE2 на более коротких, ICE3 там, где требуется наибольшая максимальная скорость и имеются уклоны до 40 ‰, а ICE-T наиболее удобен на относительно старых линиях с большим числом кривых.