Как устроен пассажирский вагон дальнего следования
Современный вагон при соединении с остальным поездом автоматически включается в локальную сеть и получает параметры с сервера штабного вагона. У одноэтажного вагона Тверского вагоностроительного завода сейчас в мониторинге примерно 280 параметров (начиная от уровня заполнения фекального бака и заканчивая напряжением аккумулятора), а у двухэтажного — около 400.
Начнём с межвагонных связей. Это тормозная пневматическая магистраль, (пневматические рукава, которыми вагоны соединяются между собой, железнодорожники называют их «лягушками»), высоковольтная магистраль, аварийная магистраль 110 В, интерком и локальная сеть, плюс радиорелейные мосты между вагонами на случай обрыва локальной сети.
Тормозная система
Вагоны соединены пневматической магистралью. Как и в метро, для удержания тормозов в отпущенном состоянии в ней поддерживается давление определённого уровня (примерно 5 атм). В этом случае говорят, что тормозная магистраль заряжена, чтобы затормозить поезд, надо снизить давление в магистрали. Тогда тормоза придут в действие.
Если поезд вдруг расцепится, то первое, что произойдёт, — у него упадёт давление в тормозной магистрали, и от этого он почти сразу остановится.
Если сорвать стоп-кран прямого действия, то вы просто откроете тормозной магистрали доступ в атмосферу и оттуда стравится воздух. Состав, соответственно, тоже остановится. Пока магистраль не зарядится, поезд дальше не поедет, потому что будет стоять на тормозах.
В некоторых современных пассажирских вагонах и электропоездах стоп-краны прямого действия остаются только в одной точке, остальные заменяются на стоп-краны непрямого действия, посылающие в кабину электровоза или тепловоза сигнал об экстренной остановке. В этом случае машинисту даётся некоторое время (обычно порядка 5 секунд) на принятие решения о разрешении или запрете на экстренное торможение.
Со скорости 160 км/ч тормозной путь — полтора километра. Чем меньше скорость вагона, тем резче остановка. Ничего смертельного в срыве стоп-крана для вагона нет — он не изнашивается как-то сверх меры. А вот пассажиров неприятно тряхнёт, некоторые (кто не выдвинул поручень, был пьян или не использовал ремни) упадут с полок.
Электропитание
Вот тут отдельный пост про электропитание пассажирского вагона и котёл отопления. Очень коротко сюжет выглядит так: есть входы (генератор от вращения колёсной пары, высоковольтная магистраль 3000 В от электровоза, аварийные 110 В от соседнего вагона), есть аккумуляторная батарея и есть контрольно-управляющий модуль (преобразователь собственных нужд), который следит за тем, чтобы всё шло правильно, и преобразует ток в нужный для электрических потребителей формат, 110 В бортовой сети, 5 В розеток USB и так далее.
USB-розетки на верхних полках:
220-вольтовые розетки на нижних полках:
Почему 220 В снизу, а 5 В сверху? По правилам безопасности нельзя поднимать опасное напряжение выше определённой высоты. Условно, чтобы пассажир сверху не вскипятил втихаря там воду и не начал лить её вниз. Как правило, такие требования на пустом месте не появляются — видимо, были прецеденты.
Интерком
Вагоны соединены магистралью локальной сети (было 100 Мбит/с, сейчас на новых вагонах 1 Гб/с) и по радио. Антенно-фидерные устройства установлены снаружи на торцевых стенах вагона, их часто принимают за фонари. Радиосвязь раньше была 10 Мб/с, сегодня уже 100 Мб/с по стандарту.
Нужно всё это для того, чтобы вы могли использовать Wi-Fi, а проводники могли звонить друг другу через IP-телефонию в локальной сети, плюс для передачи технических данных (об этом подробнее чуть дальше). Пока же важно, что Wi-Fi обычно настроен так, что даже при отсутствии доступа к большому интернету вас, как правило, пускают на локальный медиасервер (стоящий в штабном вагоне), с которого можно посмотреть фильм. Так же устроено вещание телевизоров в купе — даже на участке без сети пассажиры могут договориться, что смотрят, и получить стрим из штабного вагона.
Сегодня обычно около 150 клиентов инфосети на поезд.
В инфосети также находятся табло, которые показывают занятость туалета, температуру и маршрут внутри вагона:
Данные из инфосети берут табло с номером вагона (это те, которые смотрят наружу) — вагон автоматически определяет своё место в поезде, руками уже ничего настраивать не надо (только расположение штабного вагона в составе поезда, потому что вагон знает, кто перед ним и кто позади него, но не знает, где голова, а где хвост состава).
В 2018 году табло также могут отображать произвольный контент. Так что ждите акции от вагона-ресторана, ролики про безопасность и погоду за окном.
Ещё есть аудиомагистраль — это межвагонное радио. По нему делает объявление начальник поезда, по нему играет музыка. По нему же вас будят по прибытии, если это конечный пункт для состава.
Двери
Бывают ручные распашные, они вам наверняка прекрасно знакомы. Ещё есть двери электромеханические.
Пробовали делать пневматические, как в московском метро (кажется, это был «Невский экспресс»), но дальше по результатам эксплуатации решили перейти на электрику. Воздух надо где-то брать (у пассажирского вагона нет компрессорной установки, чтобы обеспечить себя воздухом), а электричество существенно проще достать и потом обслужить. Но, как говорит инженер, «метро — это подвижной состав, который всё-таки работает в особых условиях эксплуатации. Он в тепле и сухости, обслуживается ежесуточно. Для пассажирских вагонов установлены другие, более «редкие» регламентные интервалы обслуживания, поэтому закладываем надёжность и простоту. У дверей есть ручной режим работы: выключаешь электропитание и вручную рукояткой с тросом открываешь».
Сейчас двери вагонов ТВЗ с электромеханическим приводом. Там 24-вольтовый «шуруповёртный» движок. Вращение двигателя за счёт шкивов и зубчатого ремня преобразуется в поступательное движение двери.
Климат-контроль
На вагоне есть установка кондиционирования воздуха (кондиционер), На фото выше он на заводе прямо перед монтажом. Он забирает наружный воздух, охлаждает или нагревает и дальше по воздуховодам раздаёт по помещениям вагона. Затем забирает рециркуляционный воздух из салона, смешивает с забортным и направляет снова в вагон. Это сделано для экономии энергии: чем больше использование рециркуляционного воздуха, тем больше экономия энергии. При этом, конечно, нельзя забывать о необходимости соблюдения санитарных правил и норм.
Для воздуха есть установка обеззараживания, она в одном блоке с кондиционером. Там пакет ультрафиолетовых ламп, поэтому, если кто-то болеет, его бациллы при проходе через кондиционер становятся трупами. Что не исключает прямое заражение в вагоне (как и в любом многолюдном месте), но существенно снижает шансы на такой исход.
Вторая установка обеззараживания стоит в водяном контуре для непитьевой воды. Питьевая раньше делалась из технической методом кипячения, а сегодня берётся из кулера (из заранее загруженной бутылки, как в офисе). А вот вода для умывания обеззараживается. Под крышей вагона над туалетами стоит бак (1100 литров в современных вагонах-одноэтажках). Эта вода берётся с заправочной станции на стоянке, она не всегда хорошего качества: там может быть песок и ил, например. Чтобы эту воду обеззаразить, нужно пропустить её через ёмкость с колбой с УФ-лампами. Это не уберёт песок и примеси, но микроорганизмы будут убиты.
Про отопление было в посте про котёл.
В большинстве вагонов отдельного помещения для душа нет (есть в СВ двухместном, комфорт-вагонах и в штабном). В штабном ещё купе для пассажиров с ограниченными возможностями и сопровождающих их лиц, кстати. Но каждый туалет имеет лейку душа (иногда скрытую за панелью) и отверстие в полу.
В большинстве вагонов параметры температуры и скорости воздуха в системе кондиционирования одинаковы для всех. В зимнее время уставка 24 °C, в летнее время — 22. Никаких динамически регулируемых заслонок в конкретных точках по вагону нет. Если есть система покупейного температурного регулирования (на ТВЗ делали несколько модификаций), там всё сложнее и хитрее, но это дороже для перевозчика.
Чаще всего используется хладагент Р134, смеси. Для обеспечения возможности нагрева воздуха в кондиционере есть жидкостной (в одноэтажных вагонах) и электрический (в двухэтажных вагонах) калорифер. Вентиляторы нужны для обеспечения движения воздуха по вагону. В жидкостной системе отопления имеется насос для принудительной циркуляции теплоносителя (воды) в условиях экстремальных температур.
В двухэтажном вагоне туалетов три, то есть на один больше, а кондиционеров два.
Управление
Управление всеми этими чудесами осуществляется либо из купе проводника, либо с помощью приложения, доступного по сертификату и только при подключении к локальной сети вагона.
Если открыть ключом проводника дверь с сенсорным экраном, то будет доступно управление вагоном в ручном режиме (с игнорированием удалённого доступа) и можно будет нажимать на кнопки.
Там же, рядом под панелью, окажутся стрелочные приборы и вообще всё легаси:
На управлении надо остановиться подробнее ещё ради мониторинга.
Чтобы купе проводника не стало похожим на кабину пилотов и чтобы можно было проще управлять всем, сделали графический интуитивно понятный интерфейс:
Параллельно технический прогресс шёл в сторону автоматизации и понадобился модуль, обеспечивающий выполнение разных действий, которые раньше делал проводник. Например, без перехода в ручной режим нельзя удалённо (из локальной сети состава) открыть наружные двери на скорости больше 5 километров в час, при критическом уровне заряда аккумулятора начинается переключение освещения с люминесцентных ламп на светодиодное «ночное», есть целые группы скриптов на одной кнопке (например, управление климатом) и так далее.
Вместе с автоматизацией пришло логирование всех действий и возможность видеть статусы каждой подсистемы в штабном вагоне.
Сегодня каждое устройство вагона проектируется автономным, но с инфовыводом до локальной сети мониторинга. То есть пока есть три уровня устройств:
- Те, что есть в локальной сети и могут принимать команды (к примеру, климат-контроль, освещение).
- Те, что есть в локальной сети, но не могут принимать команды или не могут принимать критичные команды (например, двери могут заблокироваться, но не открыться, также нельзя запускать ряд аварийных действий). Большинство устройств этого типа просто пишет данные в лог.
- Те, которые не видны в локальной сети. Например, пневматическая магистраль не поддаётся сегодня управлению и не пишет ничего в лог (но тормоза, которые её используют, могут писать в лог).
Сделано так потому, что локальная сеть поезда и сеть пассажиров ещё не разделены. Вообще, локальная сеть поезда появилась исторически из-за потребности раздавать Wi-Fi и эволюционировала из магистрали на витой паре, проходящей по всему составу и соединяющейся через межвагонные сцепки (о, горе вам, если нашлось кольцо). Это не самое правильное решение для безопасности, но это сейчас докручивается. В Европе ситуация хуже, там инфомагистраль развивалась из CAN-шин, что делает её куда менее гибкой в разработке.
Потом сверху «наросло» управление подсистемами и логи, благо это было очень удобно. Следующий шаг — удалённое управление вагоном из центра мониторинга перевозчика, но сделать его нельзя, поскольку:
- По требованиям безопасности нельзя давать команды иначе как из локальной сети.
- По требованиям безопасности нет ничего такого, что может критически навредить поезду, на что может быть отдана команда из локальной сети.
Если вспомнить ситуацию, когда через Wi-Fi один из пассажиров подключился к интерфейсу проводника, станет понятно почему. В той истории при обслуживании вагона условно перепутали два модуля: для проводника и для пассажиров. Ну да, он бы смог прогреть вагон до +45, но вряд ли больше. Хотя это тоже неприятно. Проводник бы заметил что-то неладное и перешёл бы в ручной режим (что сразу отключило бы весь блок управления).
Но чтобы такое не повторялось точно, сети сейчас разделяют физически. Точнее, собираются. Пока вагоны, даже самые новые, с общей сетью.
Как используются логи вагона? Важнейшие сообщения пишутся в короткий лог и отправляются через интернет на сервера перевозчика. Условно это состояния систем после очередного перегона плюс действия проводника. У перевозчика задача — анализировать отказы, чтобы по профилю уже отремонтированных вагонов догадываться, когда будет пора профилактически что-то менять в ещё выглядящем нормально. Это в перспективе позволяет много экономить, потому что лучше заменять почти умерший узел в депо, чем сталкиваться с поломкой в пути.
Мониторинг видно из штабного вагона.
Критичные логи (сообщения об отказах) на участках без интернета могут отправляться по SMS. Также в устройстве есть небольшой буфер, который копит лог до прибытия на участок пути, где есть устойчивая связь.
Вагон также можно перевести в режим отладки, и тогда он будет писать в лог вообще всё.
За час можно набрать гигабайт сырых логов в отладочном режиме.
В этом же устройстве есть вся документация на вагон:
В режиме администратора можно получить больше данных о подсистемах:
А в режиме инженера можно запустить тесты некоторых подсистем:
Туалет
Современные туалеты на вагонах ТВЗ вакуумные и скомпонованы в одной стороне вагона. Вообще, новый вагон очень легко отличить по крутым автоматическим дверям и туалетам с одной стороны. Объясняется это просто: для смыва нужны вакуум-компрессорные установки. Когда туалеты в двух концах вагона, нужны либо две установки, либо трасса под вагоном. Две установки дорого, с трассой тоже была серия вагонов, но было шумно. Особенно ночью, когда кто-то смывал в той части вагона, где установки нет, — адский звук шёл по всем купе.
Бак туалета на одноэтажках расположен под вагоном, на двухэтажных под вагон лезть некуда, там практически всё внутри вагона. Поэтому он внутри около туалета. На обычном вагоне бак «на улице» имеет ещё и обогрев, чтобы отходы не смёрзлись намертво. Потому что дальше процедура починки бака превращается в нечто невероятное. Обогрев есть электрический и жидкостной тосольный: змейка трубопровода — и понеслось. Чтобы тосол был тёплый, он греется от непрямого контакта с трубой водяного отопления. На двухэтажном вагоне бак находится внутри вагона и системы обогрева не имеет.
Самое узкое в прямом смысле слова место современного туалета — это отверстие в чаше унитаза. Если в него пролезло, то дальше не застопорится. Если в чашу не залезло, а кто-то пропихнул шваброй, есть шансы порвать резинометаллический запорный клапан. И дальше всех ждёт забавная история.
Ещё более интересная поломка была на установках старого типа. Сочетание фекального бака без дополнительных рёбер жёсткости и поддержания отрицательного избыточного давления в самом баке (сейчас-то оно уже поддерживается только в системе откачки) вело к тому, что иногда случался сюрприз. Несколько случайных неверных движений, повреждение — и баки схлопывались под вакуумом. Поговаривают, что пассажиры, которые совершали эти грубые эксплуатационные ошибки, до сих пор очень аккуратно заходят в туалеты даже дома.
Тележки
Вагон стоит на тележках, рамы которых опираются на колёсные пары. Сначала они были просто жёсткие, потом, с увеличением скоростей, там стали появляться пружины, а сегодня современная подвеска пневматическая. Вот от пассажирского вагона дальнего следования:
А вот от электропоезда типа Иволги:
Всё. Как видите, вагоны — это маленькие космические корабли.
