docPobierz ten numer w pdf
download 
Reklamacja Transkrypt
Pobierz ten numer w pdf
prof.dr hab. inż. Jerzy Madej dr hab. inż. Marian Medwid prof. nadzw. mgr inż. Jarosław Czerwiński Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR” Mechanizm pozycjonowania i blokowania rozstawu okręgów tocznych w rozsuwnym zestawie kół pojazdu szynowego dla torów 1435 i 1520 mm Przedmiotem artykułu jest prezentacja mechanizmu przestawiania i blokowania rozstawu okręgów tocznych w zestawie pojazdu szynowego przeznaczonego do przestawczego ruchu w dwóch zarządach kolejowych UIC oraz OCЖД. Oryginalne rozwiązanie mechanizmu biegowego ma nieobracającą się oś. Jednak dla sterowania odległości okręgów tocznych stosownie do rozstawu szyn specjalnie został umożliwiony sterujący obrotowy ruch oscylacyjny osi. Ten mechanizm precyzyjnie sterujący rozstawem kół oraz blokujący jego nastawiony wymiar stanowi kluczowy element biernego bezpieczeństwa w obszarze dwóch rozstawów szyn oraz pomiędzy nimi. W pracy omówiono działanie tego złożonego mechanizmu oraz skrupulatnie zilustrowano poszczególne fazy jego pracy. Uwagi wstępne Znane są liczne odmiany konstrukcyjne kolejowych układów biegowych z rozsuwanymi okręgami tocznymi zestawów kół. Zestawy rozsuwane mają zarówno oś wirującą, jak też niewirującą. W tym ostatnim przypadku oś jest sztywno przyłączona do prowadników osi. Ze względu na bezpieczeństwo ruchu w torze, we wszystkich odmianach rozsuwanych zestawów kół, podstawowym problemem technicznym jest trwałe zapewnienie niezmienności nastawionego rozstawu kół zestawów (ryglowanie) na czas eksploatacji w obszarze zarządu kolejowego o określonym rozstawie szyn. We wszystkich znanych konstrukcjach zestawów rozsuwanych, tak z osią wirującą, jak też z niewirującą, stosowane są specjalne zatrzaski ryglujące koła względem tej osi [1]: Rozwiązania z osią wirującą: O.G.I. (Hiszpania); TG 14 (dawny ZSRR); DR AG/RAFIL V (Niemcy); SUW 2000 (Polska), Rozwiązania z osią niewirującą, w których niezależne koła, jako kinematycznie obrotowo niesprzężone lecz pod względem rozstawu ryglowane, obracają się luźno: Vevey (Szwajcaria); BDZ (Bułgaria); RTRI (Japonia). W ostatnich latach pojawił się projekt rozwiązania konstrukcyjnego z osią niewirującą, w którym rozsuwane koła zestawu, będąc w sztywnym kinematycznym sprzężeniu wzajemnym, obracają się ruchem ściśle zsynchronizowanym (patent B1 202614), dzięki czemu zapewnione jest klasyczne kolejowe prowadzenie zestawu w torze za pomocą sił podłużnych. Jest to projekt chroniony patentami B1 201613 [2] oraz 202614 [3]. W projekcie tym niezmienny, zaprogramowany rozstaw kół zestawu jest zapewniony dzięki specjalnym mechanizmom ryglującym w obrębie prowadników osi. POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Nowe rozwiązanie konstrukcyjne [5] charakteryzuje się między innymi tym, że oś zestawu, która jest roboczo niewirująca, ma jednak możliwości określonych, programowanych obrotowo-wahliwych ruchów sterujących, przez co dokonuje się zmiana rozstawu kół zestawu. W przedmiocie omawianego rozwiązania kluczowym problemem jest konstrukcja rygla zapewniającego niezmienne końcowe położenie kątowe obrotowo wahliwej osi nastawczej, dzięki czemu także rozstaw kół zestawu zostaje bezpiecznie zablokowany w nastawionym położeniu. Mechanizm zmiany rozstawu kół Nowe rozwiązanie [5] zostało kolejno uwidocznione na rysunkach, na którym Rysunek 1 przedstawia szczegóły dotyczące zasad odpowiedniego skojarzenia przesuwu („rozsuwu”) pojedynczego koła przy współpracy z dźwignią przestawczą 6 w zależności od kierunku zwojów śruby w połączeniu osi 1 z piastą 3 koła biegowego. Natomiast rysunki Nr. 2, 3, 4 i 5, przedstawiają kolejne fazy pracy mechanizmu przestawczego wraz z zasadami ryglowania jego zaprogramowanych położeń. Roboczo niewirująca (lecz przestawczo wahliwa) oś zestawu 1 została osadzona w korpusach 2 prowadników osi w taki sposób, że ma możliwość dokonywania jedynie wahliwych sterujących przemieszczeń obrotowych. Na osi 1, pomiędzy korpusami prowadników osi, znajdują się śrubowo osadzone piasty 3 kół biegowych 4 zestawu. Piasty 3 względem prowadników osi 2 mogą się przemieszczać jedynie poosiowo, bez możliwości obrotu. 1 Rysunek 1. Schemat i zasada pracy mechanizmu zmiany rozstawu kół zestawu z roboczo niewirującą osią 1. Zmiana rozstawu piast 3 wraz z kołami 4 dokonuje się za pomocą wahliwych sterujących przemieszczeń obrotowych osi 1, wymuszonych przez korbową pracę dźwigni 6 podczas ruchu pojazdu w obrębie stanowiska przestawczego wyposażonego w torowy zaczep 13. Koła biegowe 4 zostały ułożyskowane obrotowo na piastach 3 za pomocą łożysk 5. Podczas ruchu zestawu w obrębie przestawczego stanowiska torowego oś 1 doznaje wymuszonego wahliwego sterującego przemieszczenia obrotowego dzięki obrotowi osadzonej na jej końcu dźwigni przestawczej 6, wyposażonej obustronnie w czopy 7, które to czopy, zaczepiając o odpowiednio usytuowane torowe zaczepy przestawcze 13, wymuszają obrót dźwigni 6 o ściśle określony kąt, dzięki czemu rozstaw kół biegowych 4 zmienia się w zaprogramowanym kierunku. Obydwie piasty 3 kół biegowych 4 są na osi 1 osadzone najkorzystniej w dwóch skojarzeniach śrubowych 15, o przeciwnych kierunkach zwojów. Technicznie możliwe jest jednak zaledwie pojedyncze skojarzenie śrubowe. Podczas powrotnego ruchu zestawu w obrębie stanowiska przestawczego dźwignia przestawcza 6 zaczepia o „powrotny” zaczep torowy 13 i rozstaw kół biegowych zostaje odpowiednio zmieniony w kierunku odwrotnym, według planowego programu pracy układu. Sterowanie rozstawu kół zestawu z osią roboczo niewirującą za pomocą ściśle narzuconych, wymuszonych wahliwych przemieszczeń obrotowych tej osi w 2 obrębie stanowiska przestawczego dokonuje się samoczynnie podczas przejazdu zestawu przy torowym zaczepie 13 dźwigni 6. Jak wyżej wspomniano, dźwignia 6 jest wyposażona w dwa czopy 7które zostały osadzone po obydwóch jej stronach. Każdy z tych czopów odpowiednio pracuje tylko przy ściśle określonym kierunku ruchu zestawu „tam” lub „z powrotem”. Nieosiągalna samohamowność połączenia śrubowego w układzie Omówiony w opracowaniu [5] nowy mechanizm zmiany rozstawu kół w praktycznym wykonaniu może realizować łączny nastawny obrót (roboczo nieruchomej) osi zestawu o wartości ≤π/2. Ponieważ w systemie przestawczym UIC – OCЖД na przesunięcie jednego koła zestawu przypada ∆=42,5mm, przeto tangens kąta γ pochylenia linii śrubowej może wynosić co najmniej: tgγ ≥ 4∆ π ⋅ d cz gdzie dcz- średnica śrubowego czopa osi. Ponieważ nie należy liczyć się z wartościami d większymi od 180 mm, to możemy napisać: tgγ ≥ 4 ⋅ 42,5 180π W praktyce więc tgγ≥0,3; co odpowiada wartości γ≥17°. Zatem widzimy, że w żadnym technicznym przypadku nie należy liczyć na pełną samohamowność POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 smarowanego złącza śrubowego. Nastawiona krańcowa pozycja położenia wahliwej osi musi być ryglowana za pomocą specjalnego mechanizmu ryglującego. Mechanizm kątowego pozycjonowania wahliwej osi i jego działanie Przedmiotem niniejszego opracowania szczegółowego jest mechanizm ryglowania rozstawu kół zestawu przez kątowe unieruchomienie dźwigni przestawczej 6 za pomocą zaczepu (występu) klamerki 9 wprowadzanego w odpowiednie zagłębienie gwiazdki 8 będącej integralną częścią dźwigni 6. Zaczep klamerki 9 powinien mieć zarys zbieżny, najkorzystniej ewolwentowy, lub trapezowy. cą specjalnej dodatkowej sprężyny umieszczonej pomiędzy korpusem 2 prowadnika osi a jej górnym grzbietem. Rysunek 2 ilustruje wzajemne położenie elementów 2, 9 i 6 „w planie”, rozmieszczonych w różnych płaszczyznach. Najgłębiej według rysunku jest osadzona płaszczyzna prowadnika 2 osi; płaszczyzna klamerki 9 jest już bliższa wobec obserwatora, zaś dźwignia 6 jest względem obserwatora usytuowana „na samym wierzchu”. Rysunek 3. Faza pełnego odryglowania mechanizmu. Rysunek 2. Mechanizm ryglujący rozstaw kół w początkowej fazie A wejścia w obręb torowego stanowiska przestawczego (kierunek ruchu „w lewo”). Czop 11 klamerki 9 właśnie wszedł w stykowy kontakt z torowym zaczepem 12. Dźwignia 6, zgodnie z rysunkiem 2, dzięki wprowadzeniu zbieżnego zęba klamerki 9 do wycięcia w wieńcu 8, pozostaje w zaryglowanym położeniu aż do chwili, gdy czop roboczy 11 klamerki 9, zaczepiając podczas ruchu zestawu o torowy zaczep 12, wywoła obrót klamerki 9 wokół czopa 10 (osadzonego - podobnie jak oś 1 zestawu - w korpusie prowadnika osi 2). Linią przerywaną pokazano nowe położenie klamerki 9, gdy ząb klamerki już został wyczepiony, w następstwie czego blokada dźwigni 6 została uwolniona i dźwignia ta może doznać obrotu. Obrót dźwigni 6 rozpoczyna się, gdy czop 7 tej dźwigi, wchodząc w kontakt z torowym zaczepem 13, odpowiednio wymusi jej obrót wraz z osią zestawu 1. Ryglująca klamerka 9, pod względem strukturalnym jest w istocie dwuramienną, wygiętą dźwignią ze zdwojonym punktem obrotu. Co najmniej jedno amię klamerki 9 z niezbywalnym luzem musi obejmować oś 1 od góry aż ku dołowi. Dzięki takiej konstrukcji klamerka 9 spełnia swą rolę w obydwóch kierunkach ruchu przestawczego. Klamerka 9, dla spełnienia swego zadania ryglującego, musi być dociskana ku dołowi co najmniej grawitacyjnie lub (na przykład) za pomoPOJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Odryglowanie mechanizmu zachodzi w początkowej fazie B wahliwego obrotu dźwigni 6, gdy podczas ruchu zestawu w torze („kierunek w lewo”) czop roboczy 11 klamerki 9 rygla, po zaczepieniu o torowy zaczep 12, obracając i unosząc klamerkę spowodował wyzębienie rygla klamerki 9 z rowkowego wycięcia „gwiazdki” 8 strukturalnie przyłączonej do dźwigni przestawczej 6, przy czym czop 7 dźwigni 6 w tej fazie nawiązał już stykowy kontakt z torowym zaczepem 13. W rzeczywistym wykonaniu mechanizmu nie ma praktycznego znaczenia, czy „gwiazdka” 8 stanowi integralny fragment dźwigni przestawczej 6, czy też jest elementem umieszczonym na drugim końcu wahliwej osi. Ten ostatni przypadek zilustrowano dodatkowo na fotografii 1, która przedstawia fazę odryglowania mechanizmu według rysunku 3 w modelu redukcyjnym (~1:12) wykonanym w metalu. Fot. 1. Faza odryglowania mechanizmu: Czop 11 klamerki 9, po najechaniu na torowy zaczep 12, został uniesiony tak, że klamerka 9 obróciła się wokół czopa 10 (osadzonego w prowadniku osi), zaś ząb klamerki 9 został uniesiony ponad widoczny zaostrzony zaczep „gwiazdki” 8, umożliwiając rozpoczęcie procesu jednostronnie wahliwego obrotu osi a tym samym rozsuwanie kół zestawu. 3 szynowy jest aktualnie wprowadzany. Torowy zaczep 12 pozostał już daleko w tyle za zaczepem 13 i znajduje się poza rysunkiem. Umowny zarys prowadnika 2 osi pokazano pogrubioną linią przerywaną. Rysunek 4. Mechanizm zmiany rozstawu kół w środkowej fazie C wahliwego obrotu dźwigni 6 wraz z osią 1, gdy podczas ruchu zestawu w torze zaczep torowy 13 pracuje w ślizgowym kontakcie z czopem 7 dźwigni 6. W fazie ruchu zilustrowanej rysunkiem 4, wpadnięcie zbieżnego zęba klamerki 9 w gwiazdkowe wycięcie 8 jest niemożliwe. Nie ma więc funkcjonalnego znaczenia, czy klamerka 9 pozostaje w tej fazie uniesiona przez wydłużony grzbiet torowego zaczepu 12, jak pokazano na fotografii Nr.1, czy też przez grzbiet kształtu gwiazdkowego 8 nieruchomo skojarzonego z dźwignią 6. Umowny zarys prowadnika osi pokazano pogrubioną linią przerywaną. Rysunek 6. Mechanizm ryglowania rozstawu kół w początkowej fazie P powrotu pojazdu w obręb toru uprzednio przezeń opuszczonego (kierunek jazdy „w prawo”), w chwili powrotnego wejścia w obręb stanowiska przestawczego. Podczas powrotnego przejazdu w obrębie stanowiska przestawczego, według rysunku 6 jest realizowany proces roboczy odwrotny w stosunku do zilustrowanego rysunkami 1 ÷ 5. Jednak w tym przypadku torowy zaczep 13 został uprzednio przestawiony w położenie kierunkowe odwrócone o 180° a także poprzecznie odpowiednio odsunięty (lub dosunięty) w stosunku do osi toru, według zaplanowanej odległości płaszczyzny ruchu ramienia dźwigni 6, w odpowiednim podłużnym skojarzeniu z torowym zaczepem 12. Do aktywnej współpracy z torowym zaczepem 13 wszedł teraz drugi z czopów 7 osadzonych w ramieniu dźwigni 6, po drugiej stronie jej roboczej ołaszczyzny. Podobnie jak na poprzednich rysunkach, umowny zarys prowadnika 2 osi zestawu pokazano pogrubioną linią przerywaną. Podsumowanie Rysunek 5. Mechanizm zmiany rozstawu kół w końcowej fazie D wahadłowego przestawczego ruchu dźwigni 6 w obrębie torowego stanowiska przestawczego (przy kontynuowanym kierunku ruchu „w lewo”). W końcowej fazie D ruchu przestawczego, zilustrowanej rysunkiem 5, aktywny czop 7 dźwigi 6, w ruchowym kontakcie z krzywkowym grzbietem torowego zaczepu 13, wywołał na tyle znaczny wahliwy obrót tej dźwigni, że klamerka 9 rygla już opadła (z położenia zaznaczonego na rysunku 2 liną przerywaną) tak, że jej ząb został wprowadzony następne wycięcie wykonane na gwiazdkowym grzbiecie pierścienia ściśle sprzężonego z dźwignią 8, ryglując tę dźwignię w nowym przestawczym położeniu, odpowiednio zaprogramowanym dla toru, w obręb którego pojazd 4 Z powyższego przeglądu przestawczych faz mechanizmu wynikają dwie fundamentalne zasady operacyjne: I - Każdy pojazd, wyposażony w zestawy rozsuwane, operujący w obrębie zarządu kolejowego o określonej szerokości toru, może wejść w obręb stanowiska przestawczego tylko od ściśle określonej strony, co organizacyjnie oznacza, że wszystkie pojazdy szynowe, wyposażone w zestawy rozsuwane i przeznaczone do przestawienia na zmieniony rozstaw szyn, muszą być zorientowane w jednym, wspólnym, ściśle określonym kierunku. POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 II - Stanowisko przestawcze powinno być tak zbudowane, że: - albo zespół zaczepów 13 i 12 znajduje się w jednej nitce torowej i jest każdorazowo przestawiany odpowiednio dla kierunku przestawczego „tam” i „z powrotem”, - albo powrót pojazdu odbywa się (najbezpieczniej) po drugiej nitce torowej, specjalnie zbudowanej dla ruchu dwukierunkowego. Literatura [1] Kostro Janusz: Analiza porównawcza istniejących konstrukcji zestawów kół o zmiennym rozstawie kół. Warszawa, 2001. [2] Patent B1 Nr. 201613 z dnia 30.04.2009 WUP 04/09. Zestaw kołowy do pojazdów szynowych o zmiennym rozstawie kół. Madej J., Medwid M., Stawecki Wł., Pawlak Z. [3] Patent B1 Nr. 202614 z dnia 31.07.2009 WUP 07/09. Zestaw kołowy do pojazdów szynowych o zmiennym rozstawie kół. Madej J., M edwid M., Stawecki Wł., Pawlak Z. [4] Madej J., Medwid M.: Nowy m echanizm zm iany rozstawu kół w pojazdach szynowych dla szerokości toru 1435 – 1520; Pojazdy Szynowe (2/2013) [5] Zgłoszenie Patentowe Instytutu Pojazdów Szynowych Nr.P-402515 z dnia 22-01-2013: Madej Jerzy, Medwid Marian, Stawecki Włodzimierz, Czerwiński Jarosław: Mechanizm ryglowania zaprogramowanego rozstawu kół w rozsuwnym zestawie kół pojazdu szynowego Prof.dr hab.inż. Krzysztof Zboiński, mgr inż. Milena Gołofit-Stawińska Politechnika Warszawska Wstęp do analizy dynamiki pojazdu szynowego w krzywych przejściowych przy prędkościach większych od krytycznej Artykuł przedstawia dyskusję autorów dotyczącą celowości podjęcia usystematyzowanego badania dynamiki ruchu pojazdów szynowych w krzywych przejściowych przy prędkościach większych od krytycznej. Pomimo tego, że pojazdy szynowe budowane są tak aby ich prędkość eksploatacyjna była mniejsza od prędkości krytycznej (dla prędkości większych zachowanie modelu pojazdu reprezentowane jest przez rozwiązania stateczne okresowe), badania stateczności ruchu tak w torze prostym jak i łuku kołowym są nieustannie prowadzone. Przyczyną są nie tak rzadkie przypadki kiedy pojazd może poruszać się z prędkością większą od krytycznej. Interesującym dla autorów zagadnieniem są własności dynamiczne układu na odcinkach toru umiejscowionych pomiędzy jest prostą i łukiem kołowym, tzn. w krzywych przejściowych. Trzeba tylko uzmysłowić sobie kluczową różnicę formalną w tym przypadku. Jest nią tutaj ciągła zmiana promienia krzywizny i przechyłki toru. W konsekwencji, nie można tu oczekiwać rozwiązań statecznych stacjonarnych i statecznych okresowych, tak typowych dla analiz stateczności w torze prostym i łukach kołowych. 1. Wstęp W artykule zawarto rozważania autorów na temat celowości podjęcia usystematyzowanych badań dynamiki pojazdów szynowych w krzywych przejściowych (KP) dla prędkości powyżej krytycznej vn. Wiadomo, że pojazdy buduje się tak aby ich POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 prędkości eksploatacyjne były niższe od prędkości krytycznej, tzn. takiej powyżej której pojazd wężykuje, a zachowanie jego modelu reprezentują rozwiązania stateczne okresowe. Ponadto w łukach o mniejszych promieniach prędkości rzeczywistych 5 obiektów mogą być dodatkowo niższe ze względu na występujące tam ograniczenia prędkości. Mimo to, ciągle prowadzi się intensywnie badania stateczności pojazdów szynowych w torze prostym i łukach kołowych. Powodem tych dociekań jest potrzeba dobrego poznania nieliniowych własności układów jakie stanowią pojazdy szynowe oraz to, że przypadki przekroczenia prędkości krytycznej przez pojazd mogą w rzeczywistości wystąpić. Przykładami takich sytuacji mogą być ruch pojazdu z nadmierną prędkością, po awarii czy w złym stanie technicznym. Mogą im odpowiadać uszkodzenia w układzie zawieszenia i nadmierne zużycie pary kołoszyna. Efektem jest obniżenie prędkości vn, a w konsekwencji ruch wężykujący, pomimo pozostawania w nominalnie określonym zakresie prędkości eksploatacyjnych. Podjęcie badań wymienionych zjawisk jest naturalne jeśli weźmiemy pod uwagę dwa fakty. Pierwszy to bogata już wiedza dotycząca stateczności ruchu pojazdów szynowych w torze prostym i łukach kołowych, w tym wynikająca z badań jednego z autorów. Drugi to pośrednie cechy geometryczne krzywych przejściowych (KP), umiejscawiające je pomiędzy torem prostym (TP) i łukiem kołowym (ŁK). Poznanie własności dynamicznych takiego układu jest zagadnieniem niezmiernie ciekawym z badawczego punktu widzenia. Należy jednak uzmysłowić sobie zasadniczą formalną różnicę w tym przypadku. Otóż ciągła zmiana promienia krzywizny i przechyłki w krzywych przejściowych sprawia, że nie można tu oczekiwać rozwiązań statecznych, stacjonarnych i okresowych, typowych dla toru prostego i łuków kołowych. Rozwiązania ogólnie mówiąc mają w KP jednoznacznie przejściowych charakter. Oprócz rozważań ogólnych w artykule przedstawiono: przegląd nielicznej literatury tematu; wyniki wcześniejszych badań symulacyjnych będących inspiracją i uzasadnieniem dla podjęcia badań; nieliczne nowe wyniki, w tym po raz pierwszy wyniki omawianego rodzaju dla (pasażerskiego) wagonu 4-osiowego; a także zakres badań przewidzianych przez autorów do wykonania w najbliższym czasie. 1.1. Motywacja podjęcia tematu Problematykę należy uznać za bardzo rzadko podejmowaną w literaturze krajowej i zagranicznej. W przypadku pierwszego z autorów artykułu, mimo zainteresowania nią od pewnego czasu [1], [2], [3], [4], [5], ciągle pozostaje ona we wstępnym okresie badań. Oprócz cytowanych tu prac tego autora jako przykłady prac zawierających odpowiednie wyniki symulacji podać można [6] i inne nieliczne prace spółki autorskiej H. True i M. Hoffmann. We wszystkich wymienionych tu pracach wyniki symulacji ruchu w KP nie były bezpośrednim celem, a tym 6 bardziej nie wynikały ze zorientowania bezpośrednio na problematykę podjętą w bieżącym artykule. Uzyskiwano je przypadkiem, podczas realizacji innych zadań. Autorzy artykułu nie znają żadnej pracy krajowej i zagranicznej, w której sednem jest dynamika pojazdu szynowego w krzywych przejściowych dla prędkości powyżej vn. Zagadnienie bez wątpienia ma na obecnym etapie wymiar teoretyczny. Niektórzy pewnie stwierdzą, że jest ono aż nazbyt teoretyczne i nie widać dla niego zastosowań praktycznych. Autorów to nie niepokoi. Pierwszy z autorów wielokrotnie spotykał się z podobnymi opiniami w początkowym okresie różnych badań przez niego prowadzonych. Było tak na przykład z dokładnym modelowaniem sił pozornych. Autor pamięta wiele sceptycyzmu, a nawet uśmiechów kiedy prezentował takie podejście. Dziś jednak przestało to dziwić, a wiele z komercyjnych pakietów i programów indywidualnych opisujących dynamikę pojazdów szynowych robi to dokładnie (bez żadnych uproszczeń). Ta zmiana poglądów jest w jakimś stopniu także efektem działalności tego autora [3], [7] i [8]. Zupełnie podobna sytuacja dotyczy badań stateczności pojazdów szynowych w łuku kołowym. Na początku mało kto się tym problemem zajmował. Istniało jednoznacznie przekonanie ze zagadnienie nie ma praktycznego wymiaru. Autor musiał niejednokrotnie polemizować z takimi opiniami [2], [9], [10]. Dziś grupa badaczy, która podjęła problem jest duża. Liczba publikacji idzie już w dziesiątki i co roku przyrasta. Co więcej, dostrzeżono aspekty praktyczne tych badań. Przykładem może być aktualnie badane zagadnienie wpływu szerokości toru na stateczność w ŁK. Prowadzone jest ono w m.in. kontekście możliwości wprowadzenia do praktyki symulacyjnych badań dopuszczeniowych (homologacyjnych) oraz określenia w jakich warunkach (dla jakiego luzu koło-szyna) badań dotyczących stateczności w łuku można by zaniechać [11]. Kolejnym podobnym przykładem jest problematyka kształtowania krzywych przejściowych w oparciu o kompletne modele pojazdów. Niegdyś, a także w podejściu inżynierskim współcześnie, wielu autorów stosuje punkt materialny aby odwzorować pojazd. Dziś jednak liczba prac badawczych traktujących zagadnienie dynamicznie, z uwzględnieniem kompletnych modeli pojazdów, tak jak robi pierwszy z autorów artykułu od lat [12], [3], [13] i [14], jest bardzo duża. Mimo, że w praktyce stosowana jest parabola 3-go stopnia (ew. klotoida), to liczba prac gdzie podejmowane są badania nad innymi kształtami (wielomianowe i parametryczne KP) jest współcześnie bardzo duża. Niektóre wyniki badań naukowych podważają utarte poglądy w sposób jednoznaczny i tak różny od standardów, że aż trudny dla niektórych do akceptacji. Przykładem tego rodzaju jest [5], gdzie wbrew tradycyjnemu podejściu w celu poprawy własności dynaPOJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 micznych w KP zaproponowano inną funkcję opisującą krzywiznę i inną opisującą rampę przechyłkową. Autorzy artykułu są przekonani, że podobnie będzie i z poruszanym tu zagadnieniem. Jak tylko wiedza na jego temat wzrośnie, to nie minie wiele czasu jak zacznie ona być wykorzystywana i stanie się dobrem powszechnym. Alternatywą jest tu bierność własna, której skutkiem może być tylko to, że inni badacze problem podejmą, rozwiążą i zdobędą uznanie, choć tak samo mogą nie mieć na początku dojrzałej wizji jak otrzymane wyniki praktycznie wykorzystać. Zdaniem autorów badania dynamiki pojazdów szynowych w KP powyżej prędkości krytycznej, zarówno w ujęciu ogólnym jak i dla indywidualnych pojazdów, mogą być bardzo przydatne w poszukiwaniu rozwiązania problemu budowy pojazdów o własnościach równie dobrych w TP jak i w ciasnych ŁK. Wiadomo bowiem od lat, że obie własności są przeciwstawne i trudne do pogodzenia. Osiągnięcie wysokich prędkości krytycznych z jednoczesnym dobrym prowadzeniem w łuku i odwrotnie jest ciągle otwartym wyzwaniem dla współczesnej dynamiki pojazdów szynowych. Wyrazem zainteresowania na świecie tematyką poruszaną w podrozdziale niech będzie ostatnio opublikowany rozdział autora w opracowaniu monograficznym [5]. Dotychczasowe badania autorów w omawianym zakresie służyły głównie celom poznawczym. Wyniki tych badań przedstawiono poniżej. 2. Obiekty dla których dla których wykonano badania i ich modele Zasadniczo wyniki prezentowane dalej dotyczą dwóch grup obiektów. Pierwsza, związana jest wynikami uzyskanymi wcześniej, i dotyczy obiektów 2osiowych. Są to towarowe wagony 2-osiowe i wózki 2-osiowe wagonów. Grupa druga, związana jest z najnowszymi wynikami, i dotyczy 4-osiowego (wózkowego) wagonu pasażerskiego MK111. Wszystkie modele pojazdów i wózków uzupełnione są dyskretnymi modelami toru, poprzecznie i pionowo podatnego. Struktura modeli 2-osiowych, poza wózkiem 25TN, jest taka sama i przedstawiona na rys. 1a. Różnice dla wózka 25TN omówiono np. w [3]. Struktura wagonu MK111 (o brytyjskim rodowodzie) przedstawiona jest na rys. 2. Modele toru przedstawiono na rys. 1b i 1c. Dla modeli obiektów i toru założono liniowe charakterystyki elementów sprężystych i tłumiących. Większość symulacji otrzymano dla par profili koło-szyna S1002-UIC60, a nieliczne dla pary BR P10-UIC60. Zasady budowy modeli matematycznych dla wymienionych układów pojazdtor zgodne są z opisanymi w [3] i [8]. W pracy [3] omówiono też zastosowany sposób modelowania kontaktu koło-szyna. Uwzględnia on zarówno nieliniową geometrie profili koła i szyny jak i nieliniowe wyznaczanie sił kontaktowych stycznych w oparciu o procedurę FASTSIM, np. [16]. Modele układu wagon (wózek) 2-osiowy-tor mają 18 stopni swobody. Model wózek 25TN-tor posiada 16 stopni Rys. 1. Struktura modeli nominalnych: a) pojazdu (wózka) 2-osio-wego, b) toru po-datnego poprzecznie, c) toru podatnego pionowo Rys. 2. Struktura modelu nominalnego 4osiowego wagonu pasażerskiego MK111 POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 7 swobody. Model wagon MK111-tor posiada 38 stopni swobody. Ten ostatni model wygenerowany został programem ULYSSES do automatycznej generacji równań ruchu, np. [17]. Parametry modeli obiektów i toru podano m.in. w [3]. Część parametrów wagonu MK111 uzyskano w British Rail Research, Derby. 3. Wyniki badań 3.1. Wyniki badań wcześniejszych, tj. dla obiektów 2-osiowych Ilustrację graficzną wyników musimy tu ograniczyć ze względu na wymagania redakcyjne. Przedstawiony jednak zostanie pełny zakres wniosków wyciagniętych na podstawie badań dla obiektów 2-osiowych. Czytelnikom zainteresowanym wiekszą liczbą przykładów symulacji polecić można przede wszystkim prace [2], [3], [5]. Wyniki przedstawiono na rys. 3-7. Wykresy na tych rysunkach przedstawiają głównie przebiegi współrzędnych dynamiki poprzecznej pojazdu w funkcji drogi. Sporadycznie na wykresach przedstawiane są też współrzędne dynamiki pionowej. Mówiąc ściśle, wykresy przedstawiają przemieszczenia poprzeczne y i pionowe z oraz kąty kołysania φ i obracania ψ. Indeksy b, p oraz k oznaczają odpowiednio nadwozie wagonu o osiach swobodnych lub ramę wózka, przedni zestaw kołowy oraz końcowy zestaw kołowy. Trasy, po których porusza się pojazd składają się zawsze z TP, KP i ŁK. Użyta krzywa przejściowa jest zawsze paraboliczna 3-go stopnia. Dokładne parametry tras podano w podpisach pod rysunkami. Ruch pojazdu odbywa się zawsze ze stałą prędkością v. W niektórych przypadkach zastosowane prędkości v wydawać się mogą duże, zwłaszcza dla ruchu po łuku. Mogłoby to skutkować możliwością wykolejenia rzeczywistego pojazdu. Z drugiej strony, jak już wspominano pojazdy buduje się w taki sposób aby prędkość krytyczna vn leżała powyżej ich prędkości eksploatacyjnych. Tu największa wartość v zastosowana została do wózka MK111 wagonu pasażerskiego, który ze swej natury może poruszać się z prędkościami większymi niż badane tu wagony towarowe 2-osiowe. Bez względu na relację pomiędzy prędkościami eksploatacyjnymi poszczególnych obiektów i prędkościami użytymi w badaniach wszystkie przypadki, nawet mało realistyczne, uznać można za interesujące z badawczego punktu widzenia. Wybrane do prezentacji wyniki dotyczą 2-osiowego wagonu towarowego hsfv1 o brytyjskim pochodzeniu, wirtualnego wagonu towarowego 2osiowego (nazwa przyjęta w badaniach), wózka 25TN wagonu towarowego i wózka MK111 wagonu pasażerskiego. Na podstawie uzyskanych wyników, w tym przedstawionych w artykule, w przypadku przejazdu pojazdu z TP w ŁK przez KP kiedy w TP i 8 w ŁK występuje cykl graniczny, można wyróżnić trzy główne rodzaje zachowania w KP. Po pierwsze, drgania w KP są logiczną kontynuacją (płynnym przejściem) pomiędzy drganiami w TP i ŁK (rys. 3 i 4). Mogą one przy tym mieć zarówno malejący (rys. 3) jak i rosnący (rys. 4) charakter. Zależy to od relacji wzajemnej amplitud dla TP i ŁK oraz asymetrii cyklu granicznego w ŁK, a także od parametrów zawieszenia pojazdu. Po drugie, zachowanie w KP może mieć postać nie wynikającą w sposób logiczny z postaci (drgań) w TP i ŁK. Przy czym drgania mogą narastać w ten sposób, że osiągają amplitudy większe od tych dla TP (rys. 4) i ŁK. Mogą też całkowicie zanikać w KP, przy czym może się to odbywać w sposób stopniowy (rys. 6), jak również zupełnie nagły (rys. 5). Po trzecie, możliwa jest bifurkacja rozwiązań w KP, od jednego do innego typu rozwiązań. Może ona polegać na nagłym przeskoku (rys. 7) lub dość płynnym przejściu (rys. 6) do innego rozwiązania. Na pierwszym z wymienionych rysunków obserwujemy przeskok od jednej postaci drgań samowzbudnych do innej (nagła zmiana amplitudy i częstości drgań), a na drugim płynne przejście od drgań do rozwiązania stacjonarnego (quasi-stacjonarnego). Uzyskaną metodami symulacyjnymi różnorodność zachowań układu pojazd-tor podczas ruchu pojazdu po KP z prędkością powyżej krytycznej vn można uznać za bardzo dużą. Różnorodność ta i brak przewidywalności zachowania w KP w sposób jednoznaczny ukazują silnie nieliniowe własności układu. Zważmy, że nawet jeśli dla danego obiektu znamy obszary stateczności w TP i w pełnym zakresie promieni R w ŁK, to trudno na tej podstawie Rys. 3. Dynamika wagonu hsfv1na trasie złożonej TP, KP, ŁK: v=45,3 m/s; KP(Rmin=600 m, Hmax=0,16 m, L=142 m); obniżona w stosunku do nominalnej sztywność wzdłużna zawieszenia POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Rys. 4. Dynamika wagonu hsfv1na trasie złożonej TP, KP, ŁK: v=45,3 m/s; KP(Rmin=6000 m, Hmax=0,051 m, L=82,6 m) ; obniżona w stosunku do nominalnej sztywność wzdłużna zawieszenia otrzymano podczas badań o zupełnie innych celach, dlatego ich liczba nie jest duża. Stąd autorzy nie czują się uprawnieni do głębszego wnioskowania. 3.2. Najnowsze wyniki badań, tj. dla wagonu 4-osiowego Rys. 5. Dynamika wózka 25TN wagonu towarowego na trasie złożonej TP, KP, ŁK: v=29,5 m/s; KP(Rmin=300 m, Hmax=0,15 m, L=89,7 m) ; obniżona w stosunku do nominalnej sztywność poprzeczna zawieszenia Rys. 6. Dynamika wagonu 2-osiowego na trasie złożonej TP, KP, ŁK: v=41 m/s; KP(Rmin=600 m, Hmax=0,128 m, L=102,4 m) Rys. 7. Dynamika wózka MK111 wagonu pasażerskiego na trasie złożonej TP, KP, ŁK: v=54 m/s; KP(Rmin=600 m, Hmax=0,15 m, L=89,7 m) ; obniżona w stosunku do nominalnej sztywność poprzeczna zawieszenia, podniesione tłumienie poprzeczne zawieszenia oraz zwiększona sztywność i tłumienie toru przewidzieć jak zachowa się pojazd w KP przy prędkościach większych od vn. Jest tak mimo, iż KP jest obiektem bez wątpienia umiejscowionym w sensie geometrii pomiędzy TP i ŁK. Na podstawie dotychczasowych wyników można stwierdzić, że na zachowanie układu w omawianych warunkach ma wpływ wiele czynników. W sposób jednoznaczny wyniki wskazują na przechyłkę H, promień łuku R i na model pojazdu (np. więzy i wartości parametrów) jako na czynniki prowadzące do jakościowych (i oczywiście ilościowych) różnic zachowania modelu pojazdu w KP. Jak wspominano omówione wyniki POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Wynki prezentowane ponizej są tak ważne jak i ciekawe. Wynika to z tego, że dla pojazdów wózkowych zjawisko wężykowania jest bardziej złożone i jednocześnie rzadziej obserwowane, tak w rzeczywistości jak i w badaniach. Z reguły pojazdy tego rodzaju posiadają wyraźnie większą prędkość krytyczną od pojazdów 2-osiowych. Przykładem pracy, w której analizowano prędkość krytyczną pojazdu 4osiowego w TP jest [18]. Jak dla pojazdów 2-osiowych tak i tu ilustrację graficzną wyników musimy ograniczyć. Wnioski obejmą jednak wszystkie wyniki uzyskane dla badanego wagonu 4-osiowego MK111. Wyniki przedstawiono na rys. 8-15. Dotyczą one ruchu po trasie złożonej z TP, KP i ŁK. Krzywa prajściowa jest parabolą 3 stopnia. Parametry tras to: TP(L=50/150 m), KP(R min=600 m, H max=0,15 m, L=180,46 m), ŁK(R=600 m, H=0,15 m, L=100 m). Ruch pojazdu odbywa się ze stałą prędkością v, krórą wariantowano a wartości podano w podpisach pod rysunkami. Wariantowaniu podlegały też warunki początkowe. Na rys. 8-11 były one zerowe, a na rys. 12-15 na wszystkie 7 brył modelu nałożono początkowe przemieszczenie poprzeczne y1(0)=y2(0)=y3(0)=y4(0)=y b1(0)=yb2(0)=yp(0)=0,004 m . Kolejno użyte symbole odnoszą się do zestawów kołowych (od tyłu ku przodowi), ram wózków (od tyłu ku przodowi) i nadwozia. Dla zerowych warunków długość L w TP wynosiła 50 m, dla niezerowych 150 m. Rys. 8. Dynamika wagonu 4-osiowego MK111 na trasie TP, KP, ŁK: v=15 m/s; zerowe warunki początkowe Rys. 9. Dynamika wagonu 4-osiowego MK111 na trasie TP, KP, ŁK: v=20 m/s; zerowe warunki początkowe 9 Rys. 14. Dynamika wagonu 4-osiowego MK111 na trasie TP, KP, ŁK: v=25 m/s; niezerowe warunki początkowe Rys. 10. Dynamika wagonu 4-osiowego MK111 na trasie TP, KP, ŁK: v=25 m/s; zerowe warunki początkowe Rys. 15. Dynamika wagonu 4-osiowego MK111 na trasie TP, KP, ŁK: v=30,78 m/s; niezerowe warunki początkowe Rys. 11. Dynamika wagonu 4-osiowego MK111 na trasie TP, KP, ŁK: v=30,78 m/s; zerowe warunki początkowe Rys. 12. Dynamika wagonu 4-osiowego MK111 na trasie TP, KP, ŁK: v=15 m/s; niezerowe warunki początkowe Rys. 13. Dynamika wagonu 4-osiowego MK111 na trasie TP, KP, ŁK: v=20 m/s; niezerowe warunki początkowe 10 Analiza rys. 12 i 13 pokazuje, że prędkość krytyczna vn pojazdu w TP leży pomiędzy 15, a 20 m/s (w pobliżu 20 m/s). Dla żadnej z prędkości (badano także v=35 m/s) i obu typów warunków początkowych nie uzyskano cyklu granicznego w ŁK. Odnotujmy jednak, że promień łuku R=600 m jest względnie mały. Porównując wyniki przy zerowych i niezerowych warunkach początkowych widać, że sposób wymuszenia drgań (wjazd w łuk lub niezerowe warunki) ma wpływ na obraz zachowania obiektu w KP. Widać to najlepiej porównując parę rys. 9 i 10 z parą rys. 13 i 14, które dotyczą tych samych prędkości. Na rys. 13 mamy wyraźne drgania w KP, podczas gdy na rys. 9 prawie ich nie widać. Analizując rysunki z niezerowymi warunkami, co odpowiada warunkom ruchu dla obiektów 2-osiowych, widać że rodzaj zachowania wagonu 4-osiowego w KP jest nablizszy temu z rys. 6. 4. Cele i zakres najbliższych badań - wnioski Na podstawie przedstawionych wyników można sformułować cele najbliższych badań. Byłoby to poznanie możliwie największej liczby rodzajów zachowań w KP dla ruchu powyżej prędkości krytycznej vn. Kolejne byłoby sklasyfikowanie tych rodzajów w sensie postaci. Następne w kolejności, to wyjaśnienie przyczyn (okoliczności) występowania lub nie występowania tych postaci. Wyjaśnienie (zbadanie) na ile moment wjazdu w KP (pojawienia się KP) po odcinku poprzedzającym (TP lub ŁK) może mieć wpływ na zachowanie w KP. Zauważmy, że ruch powyżej prędkości vn po odcinku poprzedzającym stanowi warunki początkowe dla wzbudzenia drgań w KP. Stąd różne momenty wjazdu w KP (odpowiadające innej aktualnej wartości przemieszczeń na odcinku poprzedzającym) stanowią odmienne warunki początkowe, być może mogące skutkować różnym zachowaniem układu. Wymienione wyżej cele byłyby osiągnięte z wykorzystaniem symulacji. Tak postawione zadanie to symulacyjne badanie nieliniowej dynamiki pojazdu szynowego w KP. Formalnie, jest ono różne od POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 badania stateczności [9] i [10], opartego na poszukiwaniu rozwiązań statecznych stacjonarnych lub statecznych okresowych. W omawianym tu zagadnieniu zjawiska mają bowiem przejściowy charakter. Mimo to, związek pomiędzy obu wymienionymi zadaniami jest niepodważalny. Powoduje to, że można w pewnym stopniu przenieść korzyści wynikające z badań stateczności w łuku na planowane przyszłe badania. Stąd uzasadnieniem dla rozwijania omawianej tematyki mogą być elementy eksponujące związek stateczności z bezpieczeństwem. W szczególności mamy na myśli wyższe prędkości krytyczne oraz dążenie do lepszego powiązania prędkości fizycznego wykolejenia pojazdu z tzw. wykolejeniem numerycznym, oznaczającym zatrzymanie obliczeń symulacyjnych. W uzupełnieniu można wyeksponować pewne ważne korzyści, jakie zostaną uzyskane zakładając, że cele sformułowane wyżej da się osiągnąć. Otóż informacją o takim ważnym, wręcz fundamentalnym, znaczeniu byłoby wyjaśnienie, w jakich okolicznościach amplitudy drgań w KP są większe niż w TP i ŁK oraz w jakich drgania w KP zanikają całkowicie, mimo ruchu z prędkością większą od vn. Jest oczywiste, że poznanie i zrozumienie przyczyn i okoliczności tak diametralnie różnych zachowań może potencjalnie zaowocować podjęciem działań (do działań projektowych włącznie) zmierzających do eliminacji pierwszego ze zjawisk (stan bardzo niekorzystny) i do wywołania drugiego ze zjawisk (stan najbardziej korzystny). Z analizy literatury widać, że ujęcie tematu jest oryginalne, a uzyskane wyniki będą przypuszczalnie pierwszymi badaniami, w których w usystematyzowany i obszerny sposób podjęto wysiłek poznania, sklasyfikowania i określenia okoliczności występowania różnych zachowań dynamicznych pojazdów szynowych w KP podczas ruchu z prędkościami wyższymi od krytycznej. Wydaje się, że powodzenie w realizacji celów zadania może w pewnym stopniu zmienić postrzeganie kolejowych krzywych przejściowych, tak przez środowisko zajmujące się dynamiką pojazdów jak i to zajmujące się budową dróg kolejowych. Osiągnięcie celów byłoby z pewnością ważnym i oczekiwanym uzupełnieniem bardzo skromnej wiedzy, dotyczącej dynamiki pojazdów szynowych w KP powyżej prędkości krytycznej. Prezentacja uzyskanych wyników przyczyni się zapewne do ożywienia zainteresowania tą tematyką na świecie. Praca naukowa współfinansowana ze środków MNiSW na naukę w latach 2009-2012 jako projekt badawczy nr N N509 403136. POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Literatura [1] Praca zbior. kier. Zboiński K., Komputerowe [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] badania układu tor-pojazd szynowy na łuku kołowym i krzywej przejściowej. Raport końcowy Grant KBN nr 3 0546 91 01, Wydział Transportu PW, Warszawa 1994. Zboiński K., Dynamical investigation of railway vehicles on a curved track. European Journal of Mechanics, Part A Solids, 17(6), str. 1001-1020, 1998. Zboiński K., Metodyka modelowania dynamiki pojazdów szynowych z uwzględnieniem zadanego ruchu unoszenia i jej zastosowania. Prace Naukowe PW - Transport, z. 43, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2000. Zboiński K, Dusza M., Symulacyjne badania dynamiki pojazdów szynowych w torze zakrzywionym. XV Konferencja NaukowoTechniczna Pojazdy Szynowe, Prace Naukowe Instytutu Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechniki Wrocławskiej, Nr 86, Konferencje Nr 26, tom 2, str. 343÷352, 2002. Zboiński K., Selected problems of non-linear (nonsmooth) dynamics of rail vehicles in a curved track, str. 87-99. W pracy pod red.: Thomsen P.G., True H., Non-smooth problems in Vehicle Systems Dynamics, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2010. Hoffmann M.: Dynamics of European two-axle freight wagons. PhD thesis, Technical University of Denmark, Informatics and Mathematical Modelling, Lyngby, Denmark 2006. Zboiński K.: The importance of kinematics accuracy in modelling the dynamics of rail vehicle moving in a curved track with variable velocity. International Journal of Heavy Vehicle Systems, 18(4), str. 411446, 2011. Zboiński K.: Modelling dynamics of certain class of discrete multi-body systems based on direct method of the dynamics of relative motion. Meccanica, 47(6), str. 1527-1551, 2012, Springer, DOI: 10.1007/s11012-011-9530-1. Zboiński K., Dusza M., Self-exciting vibrations and Hopf’s bifurcation in non-linear stability analysis of rail vehicles in curved track, European Journal of Mechanics, Part A/Solids, 29(2), str. 190-203, 2010. Zboiński K., Dusza M., Extended study of rail vehicle lateral stability in a curved track, Vehicle System Dynamics, 49(5), str. 789-810, 2011. Zboiński K., Dusza M., A Simulation Study of the Track Gauge Influence on Railway Vehicle Stability in Curves", in J. Pombo, (Editor), "Proceedings of the First International Conference on Railway Technology: Research, Development and Maintenance", Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, Paper 67, 2012. doi:10.4203/ccp.98.67 Zboiński K.: Numerical studies on railway vehicle response to transition curves with regard to their different shape. Archives of Civil Engineering, 44(2), str.151-181, 1998. 11 [13]Zboiński K., Woźnica P.: Optimisation of the railway transition curves' shape with use of vehicle-track dynamical model. Archives of Transport, 22(3), str. 387-407, 2010. [14]Zboiński K., Woźnica P., Optimisation of Railway Polynomial Transition Curves: A Method and Results", in J. Pombo, (Editor), "Proceedings of the First International Conference on Railway Technology: Research, Development and Maintenance", Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, Paper 60, 2012. doi:10.4203/ccp.98.60. [15]Long X.Y., Wei Q.C., Zheng F.Y.: Dynamical analysis of railway transition curves. Proc. IMechE part F Journal of Rail and Rapid Transit, 224(1), str. 1-14, 2010. [16]Kalker J.J.: A fast algorithm for the simplified theory of rolling contact. Vehicle System Dynamics, 11, str. 1-13, 1982. [17]Choromański W., Zboiński K., Pakiet softwarowy do automatycznej generacji równań ruchu i analizy dynamiki pojazdu. Materiały X Konferencji Naukowej Pojazdy Szynowe, tom 3, str. 34-55, Politechnika Wrocławska, Wrocław 1994. [18]Polach O., Characteristic parameters of nonlinear wheel/rail contact geometry. Proceedings of 21st IAVSD Symposium, Paper 95, str. 1-12, 17-21 Sierpnia 2009, KTH, Stockholm, Sweden. dr inż. Marek Sobaś Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR” Wózek 33MN do oczyszczarki tłucznia OT-84 W artykule przedstawiono opis trzyosiowego wózka napędnego 33MN dla oczyszczarki tłucznia OT-84. W artykule przedstawiono konstrukcję układu biegowego, która jest rozwiązaniem innowacyjnym i pierwszym tego typu w kraju. Zaprezentowano podstawowe węzły konstrukcyjne wózka 33MN. 1. Wstęp W latach 2009÷2012 konstruowano w IPS „Tabor” wózek „33MN” dla oczyszczarki tłucznia „OT-84” na potrzeby PKP PLK S.A. Wykonawcą oczyszczarki oraz ww. wózków był Zakład Pojazdów Szynowych w Stargardzie Szczecińskim. Opracowanie dokumentacji konstrukcyjnej wózka napędnego typu 33MN zlecono IPS „Tabor” w Poznaniu. Ponieważ masa oczyszczarki jest większa niż 90 ton, a dopuszczalny nacisk zestawu kołowego na tor wynosi 22,5 tony dla klasy toru jedynym rozwiązaniem było wyposażenie pojazdu w układy biegowe trzyosiowe. Zakładając, że dopuszczalny nacisk zestawu kołowego na tor, wynosi 20 ton, masa własna oczyszczarki wraz z tłuczniem może wynosić nawet 120 ton. W związku z powyższym przed konstruktorami IPS „Tabor” postawiono zadanie, aby opracować koncepcję oraz dokumentację konstrukcyjną wózka trakcyjnego, który nazwano „33MN”. Początkowa koncepcja, aby rozwiązanie wózka oprzeć na istniejących wózkach wagonów towarowych typu „7TN” oraz „7TNa” z reso12 rami piórowymi, uległa zmianie wskutek sugestii wymagań klienta, aby zawieszenie pierwszego stopnia stanowiły sprężyny śrubowe pierwszego stopnia wraz z tłumikiem ciernym, analogicznie jak w standardowym wózku dwuosiowym Y25. 2. Koncepcja wózka 2.1. Opis techniczny oczyszczarki Koncepcja wózka „33MN” została opracowana w oparciu o założenia konstrukcyjne oczyszczarki OT-84, które zostały zamieszczone w opracowaniu Zakładu Pojazdów Szynowych w Stargardzie Szczecińskim [9]. Oczyszczarka tłucznia jest samojezdną, całkowicie hydrauliczną maszyną torową, przeznaczoną do czyszczenia pełnej warstwy podsypki tłuczniowej bez naruszania konstrukcji toru w procesie technologicznym naprawy głównej lub średniej na liniach: magistralnych, pierwszorzędnych i drugorzędnych. Praca maszyny polega na wybieraniu podsypki tłuczPOJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 niowej z nawierzchni kolejowej bez naruszania konstrukcji toru, odsianiu zanieczyszczeń z wybranej podsypki, wprowadzeniu oczyszczonego tłucznia z powrotem na tor, a zanieczyszczenia na specjalne środki transportowe. Do zasilania całej maszyny służy siłownia z silnikiem spalinowym typu „Caterpillar” z dzielnikiem momentu, pompami hydraulicznymi, sprężarką, zbiornikiem oleju hydraulicznego, układami silnika i częściami układu hydraulicznego. Z siłowni za pomocą układu hydraulicznego następuje przesyłanie oleju hydraulicznego do napędów zespołów roboczych maszyny i układu ruchów wstępnych znajdujących się na obu stronach maszyny. Sterowanie pracą silnika i wszystkich układów: hydraulicznego i pneumatycznego jest realizowane zdalnie za pomocą układu elektronicznego ze sterownikiem mikroprocesorowym. Podsypka tłuczniowa jest wybierana przez mechanizm wybierakowy podczas wolnej jazdy roboczej. Jest to mechanizm z łańcuchem wybierakowym pracującym w obwodzie zamkniętym po spięciu go z torem i zmontowaniem belki podtorowej. Transportowana przez łańcuch mechanizmu wybierakowego na maszynę podsypka tłuczniowa jest rozrzucana na sita przesiewacza wibracyjnego. Na przesiewaczu następuje oddzielenie zanieczyszczeń od wybieranej podsypki. Odsiewki z przesiewacza są odbierane przez zespół dwóch przenośników taśmowych, składający się z przenośnika stałego i wychylnego. Przenośnik wychylny znajduje się nad kabiną „1” i ma za zadanie wyrzucić odsiewki na bok, poza torowisko lub do przodu na specjalne wagony. Natomiast oczyszczony tłuczeń z przesiewacza jest odbierany przez zsyp tłucznia i kierowany bezpośrednio na tor lub na przenośniki taśmowe rozścielające. Podsypka wprowadzona z powrotem na tor jest profilowana przez pług znajdujący się tuż za zsypem tłucznia. Mechanizm podnoszący, znajdujący się na maszynie umożliwia podnoszenie toru w przypadku zbyt małej grubości podkładki i pod podkładami oraz nasuwanie w planie w celu odsunięcia od przeszkód. Oczyszczarka typu OT-84.00 wyposażona jest w rejestrator oraz układ automatyczny bezpieczeństwa ruchu. W skład automatyki bezpieczeństwa wchodzą: system SHP (samoczynne hamowanie pociągu), CA (czuwak aktywny) oraz RADIO-STOP. 2.3. Opis wózka trzyosiowego 33MN Wózek trzyosiowy 33MN jest wózkiem trakcyjnym, przeznaczonym do specjalistycznych zespołów trakcyjnych, jak np. wspomniana oczyszczarka tłucznia OT-84 i posiada pewne cechy, zaczerpnięte ze standardowych wózków wagonów towarowych. Do takich cech można zaliczyć: - oparcie nadwozia na wózku za pomocą czopa kulistego oraz ślizgów bocznych sprężystych z powiększonymi luzami pionowymi 20±1 mm, dopasowanymi do zwiększonej bazy oczyszczarki; luzy ślizgów bocznych w wózkach standardowych typu Y25 wynoszą 12±1 mm - rozwiązanie węzła maźnicznego, zwłaszcza korpusu maźnicy, usprężynowania oraz tłumika ciernego, - rozwiązanie uziemienia wózka za pomocą przewodu ochronnego zgodnego z kartą UIC 533 [4]. Wózek 33MN z podziałem na podzespoły i elementy jest przedstawiony na rys.1. 2.2. Parametry techniczne oczyszczarki Szerokość toru…………………………………………………………………1435 mm Długość ze zderzakami………………..…………………………………….29 644 mm Rozstaw osi skrajnych……………………………………………………….25 550 mm Baza pojazdu (odległość pomiędzy środkami czopów skrętu)………………22350 mm Szerokość maksymalna………………………………………………………..3100 mm Wysokość maksymalna………………………………………………………..4600 mm Maksymalna prędkość transportowa z własnego napędu na torze prostym…...80 km/h Maksymalna prędkość transportowa obcym środkiem trakcyjnym…………...100 km/h Minimalny promień łuku toru, przez który może przejechać pojazd……………..150 m Moc silnika trakcyjnego…………………………………..…………………….653 kW Przeniesienie napędu……………………………………………………hydrostatyczne Ilość osi napędowych (trakcyjnych)……………………………………………………4 Całkowita ilość osi …………………………………………………………………….6 Średnica toczna kół…………………………………………………………..…920 mm Hamulec zespolony……………………………………………………….typu Oerlikon Instalacja elektryczna prądu stałego………………………………………………..24V Masa całkowita ………………………………………………………………ok.100 ton POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 13 Legenda: 1 – ostojnica, 2 – poprzecznica, 3 – podłużnica, 4 – czołownica, 5 – gniazdo skrętu, 6 - przekładnia trakcyjna, 7 – mechanizm zaciskowy hamulca tarczowego, 8 – zestaw kołowy, 9 – klocek czyszczący, 10 – ślizg boczny, 11 – przewód uziemiający, 12 – oś skrajna napędna, 13 – oś środkowa toczna, 14 – wspornik powieszenia przekładni, 15 – cięgło podwieszenia przekładni, 16 – korpus prowadnicy Rys.1. Wózek trakcyjny 33MN do oczyszczarki OT-84.00 14 POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Wartość Średnica okręgu tocznego kół w stanie nowym Szerokość (prześwit) toru 1435 mm Długość wózka 4500 mm Dopuszczalne zużycie kół (liczone na promieniu) Szerokość wózka 2302 mm Rozstaw ślizgów bocznych sprężystych 2000 mm Rozstaw sąsiednich zestawów kołowych 1600 mm Rozstaw skrajnych zestawów kołowych (baza wózka) 3200 mm Rozstaw środków maźnic zestawów kołowych 2000 mm Gniazdo kuliste skrętu (promień gniazda skrętu) 190 mm Parametr Wysokość środka kuli gniazda skrętu od główki szyny 880±5 mm Maksymalny nacisk zestawu kołowego na tor 20 t (196,2 kN) Minimalny promień łuku toru (warsztatowy), przez który może przejechać pojazd na wózkach 75 m Maks. przesuw poprzeczny ramy wózka względem maźnicy na stronę ± 15 mm Maks. przesuw wzdłużny ramy wózka względem maźnicy na stronę 8÷10 mm 3 Ilość osi trakcyjnych (napędowych) 2 tarczowy bloki czyszczące TCU Nr 240002100 SAB WABCO Tarcza hamulcowa (średnica zewnętrznaלrednica Ø 610/320x110 mm piasty×szerokość wieńca) Ilość osi hamowanych Osie trakcyjne POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Ø870 mm Minimalna dopuszczalna średnica toczna koła monoblokowego Ø860 mm Czop osi zestawu kołowego Ø 130 x 217 mm Łożyska osiowe NJ +NJP 130x240x80 Usprężynowanie za pomocą sprężyn śrubowych, jednostopniowe bez charakterystyki progresywnej Miękkość usprężynowania wózka 0,1224 mm/kN = 1,211 mm/t Sztywność usprężynowania wózka 8,169 kN/mm = 0,825 t/mm Ślizgi boczne sprężyste Luz pionowy na ślizgach bocznych sprężystych 20±1 mm Masa wózka 10 400 kg Zarys wózka spełnia wymagania karty UIC 505-1 [1] jak dla pojazdów trakcyjnych 2.3.1. Rama wózka Całkowita liczba osi Hamulec 30 mm Minimalna średnica toczna koła monoblokowego po ostatnim przetoczeniu profilu 950 +−35 mm Wysokość płyty oporowej czopa skrętu od poziomu główki szyny Ø920 mm 3 2 tarcze hamulcowe Wózek posiada ramę zamkniętą. Konstrukcja ramy wózka jest całkowicie spawana i składa się z następujących zasadniczych elementów (rys.2): • dwóch ostojnic (poz.1), • dwóch poprzecznic (poz.2), • belki środkowej (poz.3), • dwóch czołownic (poz.4). Na elementy nośne ramy zastosowano stal S355J2 (o wytrzymałości na rozciąganie Rm=510÷680 MPa oraz granicy plastyczności Re min=355 MPa). Ostojnice i poprzecznice mają przekrój dwuteowy z wzmocnieniami w postaci żeber. Czołownice mają przekrój ceowy. Ostojnice są połączone dwoma poprzecznicami (poz.2). Poprzecznice połączone są z belką środkową (poz.3), w której znajduje się gniazdo skrętu z wkładką z tworzywa sztucznego (poz.5). Do poprzecznic (poz.2) są przyspawane wsporniki do 15 mocowania mechanizmów zaciskowych hamulca tarczowego (poz.7) i wsporniki mocowania bloków czyszczących (poz.9). Do belki środkowej (poz.3) przyspawane są wsporniki do mocowania dźwigni łączącej przekładnię trakcyjną. Na ostojnicach znajdują się otwory do mocowania ślizgów bocznych sprężystych (poz.10). Do ostojnic wózka są przyspawane wsporniki do mocowania bloków czyszczących koła (poz.18) oraz korpusy prowadnic (poz.14), mających za zadanie prowadzenie zestawu kołowego w trakcie jazdy. 2.3.2. Zawieszenie pierwszego stopnia Wózek posiada zawieszenie jednostopniowe na sprężynach śrubowych (poz.4) bez charakterystyki progresywnej. Rama wózka spoczywa na 6-ciu maźnicach (poz.8) za pośrednictwem 12-stu kompletów sprężyn śrubowych. Sprężyna wewnętrzna wykonana jest z pręta φ20 mm, sprężyna zewnętrzna z pręta φ32 mm. Sprężyny wykonane są ze stali 52CrMoV4+HH zgodnie z normą EN 10089:2002 [7]. Sprężyna zewnętrzna jest prawozwojna, natomiast sprężyna wewnętrzna jest lewozwojna. Rys.2. Rama wózka 33MN jako konstrukcja spawana 16 POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Zawieszenie jest tak skonstruowane, że umożliwia: - ruchy wzdłużne L1 = ±9 mm maźnicy zestawu kołowego względem ramy wózka, - ruchy poprzeczne L2 = ±15 mm maźnicy zestawu kołowego względem ramy wózka (rys.4). Ruchy wzdłużne z luzem L1 = ±9 mm umożliwiają quasi-radialne ustawianie osi zestawu kołowego w łuku toru o promieniu Rmin=180 m, co zmniejsza kąty nabiegania koła na szynę i zużycie wieńców kół (obrzeży i powierzchni tocznych). Luzy poprzeczne L2 = ±15 mm umożliwiają wpisywanie się pojazdu wszystkich zestawów kołowych pojazdu w łuki toru, zwłaszcza o minimalnym promieniu. (R=75m). Ma to bardzo istotne znaczenie ze względu na przesuwność osi środkowej względem ramy wózka. Przesuwność osi środkowej zwiększa bezpieczeństwo jazdy pojazdu przez tory wichrowate w warunkach quasi-statycznych. Legenda: 1 - korpus dociskacza- w wersji spawanej 2 - ogniowo 3 - czopiki 4 - sprężyna zewnętrzna, sprężyna wewnętrzna 5 - tulejki 6 - grzybek cierny 7 - korpus prowadnicy-wersja spawana 8 - korpus maźnicy 9 - sworzeń prowadzący L1 - luz wzdłużny na stronę Rys.3 Widok z boku usprężynowania pierwszego stopnia wózka 33MN Legenda: 1 - korpus dociskacza 5 - tulejka 6 - grzybek cierny 7 - korpus prowadnicy POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 8 - korpus maźnicy L1 - luz wzdłużny na stronę L2 - luz poprzeczny na stronę Rys.4. Zawieszenie pierwszego stopnia wózka 33MN – rzut z góry 2.3.3. Ślizgi boczne sprężyste Wózki są wyposażone w ślizgi sprężyste. Ślizgi składają się ze spawanego korpusu ślizgu i prowadnicy wykonanych ze stali S355J2. Na korpusach naspawane są płytki o grubości 5 mm wykonane ze stali manganowej wg karty UIC 893 kategoria E [4]. Wykładziny ślizgów bocznych są wykonane z tworzywa bezazbestowego i spełniają wymagania programu OW-1221, będącego tłumaczeniem dokumentu ORE/ERRI nr 1204 0005 [8]. Zadaniem tych ślizgów jest wywoływanie stałego momentu tarcia tłumiącego drgania wężykowanie wózków. Ślizgi boczne mogą być wykonane w dwóch wariantach. Wybór wariantu pozostawia się producentowi pojazdu. Wariant I ślizgu jest przedstawiony na rys. 5. Wariant I składa się z prowadnicy ślizgu (poz.1), która jest wykonana jako spawana. Prowadnica ślizgu współpracuje ze ślizgiem (poz.2), który jest wykonany jako spawany. Ślizg (poz.2) jest oparty na dwóch sprężynach (poz.3), które z kolei są rozmieszczone symetrycznie na prowadnicy ślizgu (poz.1), która jest przykręcona do ramy wózka za pomocą śrub z nakrętkami samozabezpieczającymi typu Vargal (poz.9). Celem zapewnienia luzu na ślizgach bocznych, który musi wynosić 20±1 mm dla pojazdu znajdującego się na torze wypoziomowanym, pomiędzy prowadnicą ślizgu poz.1 oraz ostojnicą wózka znajdują się podkładki regulacyjne (poz.8). Luz 20±1 mm musi występować pomiędzy odbijakiem (poz.4) i ślizgiem (poz.2) oraz rolką (poz.4) i wspornikiem na nadwoziu pojazdu. Na prowadnicy (poz.1) znajdują się wkładki z tworzywa sztucznego o własnościach wg dokumentu OW-1221. W celu ochrony ślizgu (poz.2) przed opadnięciem podczas rozłączania wózka i podnoszeniem nadwozia (względy BHP) jest on wyposażony w zabezpieczenie (poz.7) które zahacza o zaczep (poz.6). Wariant II, (przedstawiony na rys.6) składa się z prowadnicy ślizgu (poz.1), która jest wykonana jako spawana. Prowadnica ślizgu (poz.1) współpracuje ze ślizgiem (poz.2), który wykonany jest jako spawany. Ślizg (poz.2) jest oparty na dwóch sprężynach (poz.3), które są z kolei rozmieszczone symetrycznie na prowadnicy ślizgu (poz.1). Prowadnica ślizgu (poz.1) jest przykręcona do ramy wózka za pomocą śrub z nakrętkami samozabezpieczajacymi (poz.9). Celem zapewnienia luzu na ślizgach bocznych, który musi wynosić 20±1 mm dla pojazdu znajdującego się na torze wypoziomowanym, pomiędzy prowadnicą ślizgu (poz.1) oraz ostojnicą wózka znajdują się podkładki regulacyjne (poz.8). Luz 20±1 mm musi występować pomiędzy odbijakiem (poz.4) i ślizgiem (poz.2). Na 17 prowadnicy (poz.1) znajdują się wkładki z tworzywa sztucznego o własnościach wg dokumentu OW-1221. W celu ochrony ślizgu (poz.2) przed niekontrolowanym opadnięciem podczas rozłączenia wózka (względy BHP) jest on wyposażony w zabezpieczenie (poz.7), która zahacza o zaczep (poz.6). Legenda: 1 - Prowadnica ślizgu 2 - Ślizg 3 - Sprężyna 4 - Rolka 5 - Wkładka z tworzywa sztucznego 6 - Zabezpieczenie 7 - Zaczep 8 - Podkładka regulacyjna 9 - Nakrętka samozabepiecząjąca L - luz na ślizgach sprężystych 2.3.4. Uziemienie wózka Wózek posiada uziemienie w postaci przewodu giętkiego łączącego każdą maźnicę z ramą wózka oraz przewodu łączącego ostoję wagonu z ramą wózka (rys.7). Przewód miedziany posiada przekrój poprzeczny 35 mm2 i musi zapewnić rezystancję 0,05Ω jak dla wagonów osobowych zgodnie z p.4.1 karty UIC 533 [4]. Zadaniem przewodu uziemiającego jest ochrona personelu podczas kontaktu z mechanicznymi częściami pojazdu, znajdującymi się chwilowo pod wysokim napięciem oraz niebezpiecznymi przeskokami łuku elektrycznego powstającymi w wyniku statycznych wyładowań. Niebezpieczeństwo to powstaje w wyniku usterek w elektrycznych urządzeniach pojazdu. Dodatkowo w celu zwiększenia ochrony personelu przed porażeniami elektrycznymi zamontowano dodatkowe przewody uziemiające pomiędzy korpusem maźnicy a korpusem prowadnicy. Każdy z przewodów o przekroju 35 mm2 jest wykonany z miedzi i przypada po jednym na oś zestawu kołowego (łącznie trzy na wózku). Dodatkowe przewody uziemiające są przedstawione na fotografii, zamieszczonej na rys.8. Rys. 5. Wariant I ślizgu sprężystego z rolką Legenda: 1 - Wspornik przewodu 2 - Śruba 3 - Przewód ochronny Rys.7. Uziemienie wózka. lewej strony przewód miedziany łączący wspornik na ostojnicy wózka ze wspornikiem 2.3.5. Zestawy kołowe i maźnice Legenda: 1 - Prowadnica ślizgu 2 - Ślizg 3 - Sprężyna 4 - Odbijak 5 - Wkładka z tworzywa sztucznego 6 - Zabezpieczenie 7 - Zaczep 8 - Podkładka regulacyjna 9 - Nakrętka samozabepiecząjąca L - luz na ślizgach sprężystych Rys.6. Wariant II ślizgu sprężystego, opartego na klasycznej budowie, zaczerpniętej ze standardowych wózków dla wagonów towarowych 18 Każdy wózek posiada po trzy zestawy kołowe przystosowane do przeniesienia nacisku na tor 20 t. Dwa skrajne zestawy kołowe wózka są zestawami napędnymi, natomiast środkowy zestaw jest zestawem tocznym. Zestaw kołowy jest wyposażony w koła monoblokowe o średnicy Ø920 mm w stanie nowym. Najmniejsza dopuszczalna średnica kół zużytych wynosi Ø860 mm. Korpusy maźnic wykonane są ze staliwa 340550W o wytrzymałości na rozciąganie Rm=550÷700 MPa wg normy PN-ISO 3755:1994 [6], posiadają boczne oparcia sprężyn na których przyspawano prowadniki sprężyn. Konstrukcja maźnic umożliwia przyjmowanie obciążeń pionowych, poziomych i poprzecznych. POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Powierzchnie trące maźnic wykonano jako płytki z trudnościeralnej stali manganowej kategorii E wg karty UIC 893 [5].W maźnicach zastosowano łożyska walcowe typu NJ + NJP o wymiarach 130 x 240 x 80. Maźnice uszczelnione są pierścieniem labiryntowym. 3. CECHY INNOWACYJNE WÓZKA Do istotnych cech innowacyjnych wózka 33MN nalezą następujące rozwiązania konstrukcyjne: - zastosowanie quasi-radialnego prowadzenia zestawów kołowych poprzez wprowadzenie luzów wzdłużnych L1=9 mm na stronę, co znacznie zmniejsza kąty nabiegania na szynę - zastosowanie hamulców tarczowych, zapewniających prawidłową intensywność hamowania, drogi hamowania jak również zredukowaną emisję hałasu do środowiska naturalnego - zastosowanie dodatkowego uziemienia w obrębie zestawów kołowych, zabezpieczających obsługę pojazdu przed porażeniem - wyeliminowanie resorów piórowych o zmiennej charakterystyce i zastosowanie sprężyn śrubowych, co korzystnie wpływa na bezpieczeństwo przed wykolejeniem - zastosowanie sprawdzonego oparcia pudła za po-mocą gniazda skrętu oraz ślizgów sprężystych, które zostało zastosowane w układzie wózek-pudło w wagonach towarowych. Aby wyznaczyć korzyści wynikające z zastosowania wózka trzyosiowego z radialnym prowadzeniem zestawów kołowych, wyznaczono promień łuku toru, który może przejechać pojazd. Zespołem determinującym ten przejazd jest wózek trzyosiowy 33MN. Usytuowanie narożnikowe wózka na tle luku toru o promieniu R przedstawiono na rys.10. Rys.8. Widok z boku na wózek „33MN”. Między maźnicami a ostojnicami są zainstalowane dodatkowe przewody uziemiające. Widok czoła wózka jest przedstawiony na fotografii, zamieszczonej na rys.9. Rys.9. Widok czoła wózka 33MN. POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 19 ∆ ∝ = arctg U2 α3 α2 α1 2 Ω 1 σ R α3 ε α2 x0 p Rys.10. Usytuowanie wózka 33MN na łuku o promieniu R w położeniu narożnikowym. Na rys.10 są następujące oznaczenia: α1- kąt nabiegania przedniego zestawu kołowego na szynę α2- kąt nabiegania środkowego zestawu kołowego na szynę α3- kąt nabiegania tylnego zestawu kołowego na szynę x0- odstęp biegunowy R- promień łuku toru p- baza wózka ε- luz zestawu kołowego w torze Z rys.10 wynikają następujące zależności: ε 2 p p x0 − x0 − 2 ≈ 2 sin α 1 = ε R R− 2 x −p α3 = 0 R sin α 2 ≈ α 2 = x0 − sin α 3 ≈ α 3 = R x0 − p R Rε p + p 2 γ γ βµ µ Rys.11. Siły działające w punkcie styku obrzeża z szyną (3) (5) (6) (7) Zgodnie z dokumentacją konstrukcyjną wielkość luzów przymaźnicznych qw= 9 mm (luz na stronę), natomiast 2s wynosi dla standardowych zawieszeń 2000 mm = 2m. Dla tego przypadku kąt ∆ ∝ wynosi odpowiednio: 20 . βµ Z uwagi na niewielką stożkowatość powierzchni tocznej koła i niewielkie wartości kątów nabiegania można przyjąć, że gdy koło opiera się na główce szyny w dwóch punktach, to odległość ∆ h punktu B od płaszczyzny toru jest stała i niezależna od kąta nabiegania. Przekrój poziomy powierzchni obrzeża przechodzący przez punkt B jest przekrojem stożka, którego wierzchołek znajduje się na osi zestawu kołowego a tworzące się nachylone pod kątem γ do osi zestawu. Przekrój ten wyznacza zatem hiperbolę o równaniu: µ2 ν2 − 2 =1 2 νo µ0 Odstęp biegunowy x0 można wyznaczyć ze wzoru: x0 = γ γ (2) (4) p 2 (9) . (1) Po uproszczeniach kąty nabiegania wynoszą odpowiednio: x0 R γ . R+ sin α 1 = α 1 = qw s . ∆ sin α 1 = ε R+ 2 − W punkcie B działa na główkę szyny siła kierująca P a nacisk pionowy koła na szynę Q rozkłada się na punkt A i punkt B. Przy wzroście siły kierującej koło może się podnieść i opiera się na główce szyny tylko w punkcie B, w którym działa na główkę cały nacisk Q i siła kierująca P (rys. 11). W przypadku ogólnym a zwłaszcza na łukach koło nabiega na szynę pod pewnym kątem określanym jako kąt nabiegania i wówczas punkt B znajduje się w pewnej odległości µ od osi zestawu kołowego (rys. 11). ψ x0 x0 ' ∝1 = ∝1 − ∆ ∝= α1 ξ (8) W związku z tym można uwzględnić w zależności (7) zmniejszenie kąta α1 o ∆ α przy założeniu, że dla małych katów obowiązuje sin α1 = α1: X 3 q w 0,009 = = 0,009rad = 0,515 0 s 1 (10) przy czym: µ 0 = γ 0 ⋅ tgγ . Różniczkując równanie hiperboli otrzymuje się: 2ν d ν νo 2 − 2µ dµ µ0 2 =0 (11) POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 dν jest tangensem nachylenia stycznej do dµ hiperboli względem osi µ . Wyrażenie Kąt nachylenia tej stycznej w punkcie B równa się kątowi nabiegania α koła na szynę, stąd: 1 µ ⋅ = tg ∝ tg 2γ ν (12) Punkt F1 jest punktem końcowym leżącym na prostej pochylonej pod kątem 700 na obrzeżu, który może jeszcze zagwarantować styk koła z szyną. Zależność (15) można zapisać w sposób następujący: sin( arc cos Ψ ) = tg ∝1 ⋅ tg γ ' Ponieważ dla małych katów można przyjąć tgα1’=α1’ wówczas otrzymuje się następującą zależność uwzględniając wzór (9) oraz (3): R(ε + 2q) p + p 2 qw tgγ − sin arc cosΨ = ε s R+ 2 γ (16) (17) γ ψ µ µ ∆ µ Rys.13. Zarys koła o średnicy tocznej φ920 zgodnie z kartą UIC 510-2 [3] µ γ α Z zależności (17) można wyznaczyć promień R: p sin arc cosψ q w ε − + 2 tgγ s 2 R= sin arc cos ψ q w ε + 2q + − tgγ s p α Rys.12. Skośne nabieganie koła na szynę Współrzędne punktu B wynoszą: µ = r ' ⋅ sin ψ i ν = ' r tgγ (13) Wstawiając te wartości w równanie (12) otrzymuje się zależność następującą: sin ψ = tg ∝ ⋅tgγ . (14) Z Rys. 5 wynika następująca zależność na kąt Ψ : cos Ψ = r + ∆h r + ∆r (15) gdzie: r = 460 mm – promień toczny zestawu kołowego ∆h = 10 mm i odpowiada punktowi na szynie, gdzie następuje styk obrzeża w punkcie B ∆r = 15,675 mm i odpowiada punktowi F1 na Rys. 6 wg karty UIC 510-2 [3] POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 (18) Po wstawieniu danych liczbowych do wzoru (18) tzn. p = 3,2 m, qw= 0,009 m, 2s = 2,0 m, γ = 700, ε = 1,470 – 1,410 = 0,06 m, q = 0,015 m otrzymuje się: 460 + 10 sin arc cos 460 + 15,675 0,009 0,060 1,6 − + tg70 0 1,00 2 R= 460 + 10 sin arc cos 460 + 15,675 0,009 0,060 + 0,030 + − 0 tg70 1,00 10 R= 1,595379 = 30,17m. 0,052866 (19) (20) W takim przypadku można wyliczyć również kąt nabiegania wyznaczając najpierw odstęp biegunowy x0 na podstawie wzoru (3): x0 = 30,17 (0,06 + 0,030) + 1,6 = 2,448 m. 3,2 (21) 21 Kąt nabiegania kół przedniego zestawu kołowego wynosi wykorzystując wzór (9): α '1 = 2,448 0,009 − = 0,072rad ≈ 4,120 30,17 + 0,030 1,000 (21) Ponieważ luz zestawu kołowego w torze „ε” jest wielkością bardzo małą w stosunku do promienia R, to wówczas można skorzystać ze zmodyfikowanego wzoru (4): ' sin α '1 = α1 = x0 qw 2,448 0,009 − = − = 0,072rad ≈ 4,12 0 R s 30,17 1 (23) Analogicznie można wyznaczyć kąty nabiegania dla kół środkowego zestawu kołowego: sin α 2 ≈ α 2 = p 2 − qw = 2,448 − 1,6 − 0,009 = 0,019rad = 1,090 R s 30,17 1 x0 − oraz tylnego zestawu kołowego: sin α 3 ≈ α 3 = (24) x0 − p qw 2,448 − 3,2 0,009 − = − = −0,033rad = −1,94 0 R s 30,17 1 (25) 4. WNIOSKI 1. Wózek 33MN posiada możliwość przejazdu przez łuki o promieniu R=30 m, co stanowi zapas w stosunku do wymagania postawionego w Specyfikacjach Wymagań [9], gdzie wymieniony jest promień R=75 m. Należy podkreślić, że o możliwości przejazdu oczyszczarki pojazdu OT-84 decyduje w dużej mierze układ biegowy. Aby w pełni sprawdzić możliwości przejazdu przez łuk o promieniu R=30 m, należałoby sprawdzić inne parametry jak kąt obrotu wózka względem pojazdu. Im mniejszy promień łuku toru tym większy kąt obrotu, który może doprowadzić do wzajemnych kolizji pomiędzy elementami nadwozia i elementami wózka. Ważnym zagadnieniem podczas przejazdu oczyszczarki przez łuki toru o najmniejszym promieniu jest konieczność „zachodzenia” na siebie powierzchni ślizgów. Zagadnienie to jest poruszone w karcie UIC 510-1 [2]. 2. Układ biegowy 33MN posiada innowacyjne zawieszenie, które pozwala na quasi-radialne ustawianie się zestawów kołowych w łukach toru. Dzięki temu można liczyć się z tym, że: - zużycie kół zestawów kołowych będzie mniejsze niż w pojazdach z tradycyjnym zawieszeniem - mniejsza emisja hałasu do środowiska naturalnego oraz - większe bezpieczeństwo jazdy, wskutek mniejszej siły prowadzącej i mniejszych kątów nabiegania. 22 5. LITERATURA [1] Karta UIC 505-1: Pojazdy kolejowe. Skrajnia pojazdów.10-te wydanie z maja 2006. [2] Karta UIC 510-1: Wagony towarowe. Układ biegowy. Normalizacja. 9-te wydanie z 1.01.1978. 14 zmian od 1.01.1980 do 1.01.1997 [3] Karta UIC 510-2: Pojazdy doczepne. Warunki dla stosowania kół o różnych średnicach w układach biegowych różnego typu. 4-te wydanie z października 2002 do kwietnia 2004. [4] Karta UIC 533:Pojazdy, uziemienie ochronne części metalowych. 3-cie wydanie. Kwiecień 2011. [5] Karta UIC 893: Warunki techniczne dla dostawy blach na płyty prowadnicowe ze stali manganowej . 2-gie wydanie, czerwiec 2004. [6] PN-ISO 3755:1994: Staliwo węglowe ogólnego przeznaczenia. Październik 1994. [7] PN-EN 10089:2005:Stale walcowane na gorące na sprężyny ulepszane cieplnie. Warunki techniczne dostawy. [8] OW-1221: Opis techniczny. Wózki dwuosiowe Nr 1204 0005. Program dopuszczenia wkładek z tworzywa sztucznego do gniazd skrętu i płyt ślizgowych z tworzywa sztucznego dla ślizgów bocznych wagonów towarowych z wózkami dwuosiowymi. Listopad 1985 (niem. „Lastenheft für die Zulassung von KunstoffDrehpfanneneinlagen und Kunstoff-Gleitelementen für die seitliche Wagenkastenabstützung für Güterwagen mit Drehgestellen mit 2 Radsätzen”). [9] Opracowanie nr OT.00-70-0.: Opis techniczny oczyszczarki tłucznia typu OT-84.00. Stargard Szczeciński 02.2010. POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 dr hab. inż. Marian Medwid, prof. nadzw. mgr inż.Tomasz Nowaczyk mgr inż. Wojciech Jakuszko Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR” Technologia przeładunku poziomego na przykładzie modułowego systemu transportu kombinowanego W artykule przedstawiono innowacyjne rozwiązanie „Modułowy system transportu kombinowanego”, służący do przewozu naczep drogowych. Zaprezentowano podstawowe składowe struktury systemu. Opisano etapy formowania składu pociągu w technologii przeładunku poziomego oraz związane z tym rodzajem przeładunku zalety. Porównano system do istniejących technologii transportu kombinowanego. Prezentowany projekt jest wynikiem prac badawczych prowadzonych w ramach realizacji projektu rozwojowego nr R10-0065-10 „System transportu naczep drogowych na wózkach kolejowych w kombinowanym ruchu kolejowo-drogowym”. WSTĘP Transport kombinowany ze względu na rodzaj przewożonej jednostki ładunkowej, co również ma wpływ na rodzaj stosowanego sposobu przeładunku, można podzielić na: przewóz kontenerów, nadwozi wymiennych, naczep, całych zestawów drogowych. Podział przedstawia rysunek 1. TRANSPORT KOMBINOWANY KONTENERY NADWOZIA WYMIENNE NACZEPY ZESTAWY DROGOWE Rys.1. Podział transportu kombinowanego ze względu na stosowane jednostki intermodalne [1] W Transporcie kombinowanym szynowodrogowym można wyróżnić dwa podstawowe sposoby przeładunku intermodalnej jednostki ładunkowej pomiędzy środkiem transportu drogowego i kolejowego: 1. Przeładunek pionowy, tzw. lift on-lift off (lo-lo). 2. Przeładunek poziomy, tzw. roll on-roll off (ro-ro). Przeładunek pionowy wymaga wykorzystania suwnic oraz specjalistycznych wozów, które unoszą jednostkę ładunkową w celu za- lub wyładunku, stąd nazwa pionowy. Przeładunek poziomy natomiast odbywa się przy wykorzystaniu kół drogowych pojazdu, bez unoszenia jednostki ładunkowej. W transporcie „towarzyszącym” (rys.2a), inaczej ruchoma droga (niem. Ro-La czyli Rollende Landstrasse, ang. rolling motorway) kompletny zestaw złożony z ciągnika siodłowego oraz naczepy siodłowej wjeżdża sam na spePOJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 cjalny wagon-platformę, jest to przeładunek typu roro. W transporcie „nietowarzyszącym” (rys.2b), inaczej „na barana” (niem. Huckepack, ang. piggyback), który polega na transportowaniu koleją samych jednostek ładunkowych bez ciągników siodłowych, występują obydwa wymienione rodzaje technologii przeładunku (ro-ro oraz lo-lo). Prezentowany poniżej system modułowy stanowi innowacyjne rozwiązanie transportu szynowo-drogowego, które służy do przewożenia naczep drogowych a jego przeładunek odbywa się w technologii poziomej „ro-ro”. 1. STRUKTURA MODUŁOWEGO SYSTEMU Innowacyjny, modułowy system transportu kombinowanego przedstawia rysunek 3. Moduł systemu sformułowany jest z dwóch jednakowych zespołów. Każdy z nich składa się z odpowiednio przystosowanej standardowej naczepy drogowej oraz platformy kolejowej złożonej z dwóch rozłącznych układów biegowych - przedniego i tylnego. System ten jest przeznaczony do transportu naczep wyposażonych w hamulce tarczowe o rozstawie opon 2040-2100mm. Terminal przeładunkowy natomiast wymaga jedynie tak zwanej „drogi bimodalnej” (poziom jezdni drogowej zrównany jest z wysokością górnej powierzchni główki szyny) oraz odsuwnych pomostów najazdowych umożliwiających najazd naczep na wysokość półek tylnych układów biegowych platform kolejowych. Tak prosta aranżacja terminalu sprawia, że można do systemu włączyć praktycznie dowolne istniejące już bocznice kolejowe. 23 a) b) Rys.2. Transport intermodalny a) towarzyszący, b) nietowarzyszący [5] czas jazdy po drodze kołowej, zatem warunki obciążenia pionowego ramy naczepy w uformowaniu drogowym i kolejowym pozostają bez zmian. Wzdłużne siły pociągowe i różnica poziomu wysokości urządzeń pociągowo-zderznych w przednim i tylnym układzie platformy kolejowej wymuszają potrzebę wzmocnienia konstrukcji. Przyrost masy naczepy jest jednak znacznie mniejszy jak w przypadku naczepy bimodalnej i wynosi on 900 kg. Rys.3. Moduł systemu transportu kombinowanego [opracowanie własne] Przedni układ biegowy przedstawiony na rysunku 4 składa się z specjalnego obniżonego wózka dwuosiowego 1 o średnicy kół ø580, posadowionego na nim adaptera 2 stanowiącego oparcie i mocowanie dla naczepy drogowej oraz cięgła stanowiącego część złączną układów biegowych. Zespół ten wyposażony jest w typowe urządzenie pociągowo-zderzne, służące do łączenia kolejnych modułów dwunaczepowych, oraz modułów z lokomotywą lub składem pociągu. Rys.5. Tylny układ biegowy [opracowanie własne] 2. ETAPY ZAŁADUNKU W TECHNOLOGII „RORO” Załadunek poziomy naczepy drogowej na platformę kolejową odbywa się na płaskim terminalu, gdzie poziom jezdni zrównany jest z poziomem główki szyny toru kolejowego. Rysunek 6 przedstawia poszczególne fazy formowania pojedynczego modułu systemu transportu kombinowanego w technologii „ro-ro”. Rys.4. Przedni układ biegowy [opracowanie własne] Tylny układ biegowy (rys.5), poprzez który platformy kolejowe połączone są ze sobą krótkospiętym urządzeniem pociągowo-zderznym, złożony jest z dwóch jednakowych wózków jak w przedniej strukturze oraz posadowionej na nich ramie stanowiącej oparcie dla naczepy poprzez koła drogowe. Z przedniej strony znajduje się zamek cięgła łączącego układy biegowe. Przednia i tylna część biegowa stanowią punkty podparcia naczepy w tych samych miejscach jak pod24 Etapy przeładunku przebiegają następująco: 1. Faza I. Po dostawieniu i zablokowaniu rozsuwnych pomostów najazdowych ciągnik siodłowy wprowadza naczepę na półki platformy kolejowej na wysokość 270 mm powyżej powierzchni główki szyny. Istotnym ograniczeniem w tym etapie jest przejechanie naczepy ponad wózkiem środkowym platformy i uniknięcie kolizji pomiędzy kołami kolejowymi wózka środkowego a znajdującym się ponad podczas najazdu pneumatyczno-wahaczowym zawieszeniem naczepy. Ze POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Drugi zespół modułu zostaje połączony analogicznie i może odbywać się równocześnie, w ten sposób otrzymujemy sformowany moduł składający się z 2 naczep drogowych oraz dwóch platform kolejowych połączonych na stałe krótkospiętym urządzeniem pociągowo-zderznym. Rozładunek modułu przebiega w odwrotnej kolejności jak przedstawiony załadunek w fazie I-III. W ten sposób połączone moduły dwunaczepowe można łączyć między sobą za pomocą typowych urządzeń pociągowo-zderznych. Formowanie modułów może odbywać jednocześnie w sposób szeregowy lub szeregowo-równoległy (rys.7a,b), znacznie skracając czas załadunku w zależności od liczby pojazdów manewrowych wtaczających przednie układy biegowe. Rys.6. Etapy załadunku w systemie modułowym [opracowanie własne] względu na hamulce tarczowe znajdujące się wewnątrz kół drogowych nie ma również kolizji pomiędzy zestawem kołowym naczepy a kołami kolejowymi. 1. Faza II. Po wtoczeniu naczepy na wysokość półek platformy tylnego układu biegowego do momentu oparcia tylnych kół o blokadę tylną platformy następuje opróżnienie miechów nośnych naczepy celem obniżenia wysokości w składzie kolejowym oraz oparcie na nogach podporowych i wypięcie ciągnika siodłowego spod sworznia zaczepowego typu „Jost”. 2. Faza III. Pod ustawioną naczepę na platformie tylnego układu następuje wtoczenie przedniej części biegowej przy pomocy pojazdu poruszającego się po torach lub na kołach drogowych po bimodalnej jezdni zrównanej z poziomem główki szyny. Po wtoczeniu wózka następuje równoczesne zaryglowanie adaptera w naczepie drogowej oraz połączenie przedniej i tylnej części biegowej poprzez cięgło podwieszone na adapterze przednim. Na końcu zostają podniesione nogi podporowe naczepy. Rys.7. Formowanie modułów a) sposób szeregowy, b) sposób szeregowo-równoległy [opracowanie własne] Dużą zaletą przeładunku poziomego w modułowym systemie transportu kombinowanego jest możliwość zastosowania zelektryfikowanych terminali, gdyż sieć trakcyjna nie stanowi przeszkody podczas za- i wyładunku. Załadunek naczepy na tle normalnej wysokości przewodu trakcyjnego pokazuje rysunek 8. Rys.8. Załadunek naczepy pod siecią trakcyjną [opracowanie własne] POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 25 PODSUMOWANIE System transportu modułowego łączy w sobie wiele zalet innych systemów tej technologii a zarazem wyklucza ich wady i istniejące ograniczenia. Najważniejszą zaletą systemu może być stosunkowo niski koszt produkcji oraz eksploatacji. System opiera się na prostych oraz niedrogich rozwiązaniach, nie wymagających częstej i kosztownej obsługi. Koszt wyposażenia i przygotowania terminalu przeładunkowego również stanowi dużą konkurencyjność wobec innych systemów, do procesu formowania składu wymagana jest jedynie „droga bimodalna”, pomosty najazdowe oraz przynajmniej jeden ciągnik wtaczający przednie układy biegowe. Przykładowy ciągnik szynowodrogowy opatentowany przez konstruktorów Instytutu Pojazdów Szynowych „TABOR” w Poznaniu jest nawet kilkakrotnie tańszy w stosunku do lokomotywy manewrowej a może on służyć poza wtaczaniem przednich układów biegowych także do łączenia modułów w skład pociągu. Ciągnik może poruszać się zarówno po drodze asfaltowej jak i torach kolejowych, co zapewnia elastyczność i szybkość wykonywanych operacji. Załadunek może odbywać się zarówno na terminalach niezelektryfikowanych jak również wyposażonych w sieć trakcyjną. Umożliwia to przedstawiona w niniejszym artykule prosta operacja przeładunku modułów w technologii „ro-ro”. Dla terminali zelektryfikowanych kolejną zaletą jest możliwość bezpośredniego podpięcia pod skład pociągu elektrycznej lokomotywy szlakowej, bez potrzeby wcześniejszego wykorzystywania spalinowej lokomotywy manewrowej. Pomniejszona średnica kół umożliwia załadunek w technologii ro-ro w prosty sposób poprzez przejazd naczepy ponad wózkiem środkowym tylnego układu biegowego a zarazem sprawia, że system modułowy mieści się w skrajni kolejowej UIC GB1. Średnica kół jest jednak większa jak w przypadku systemu Ro-La, co w porównaniu do tego systemu poprawia warunki bezpieczeństwa podczas jazdy oraz wydłuża okresy pomiędzy wymianą zużytych kół. Podsumowując system ten umożliwia stosunkowo tanią obsługę a zarazem w zależności od liczby pojazdów manewrowych na terminalu przeładunkowym krótki czas trwania przeładunku. BIBLIOGRAFIA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 26 Nowaczyk T., Wybrane charakterystyki transportu intermodalnego (szynowo-drogowego), Praca magisterska NR TR-M/S-11/2009. Medwid M., Cichy R., Nowaczyk T., Model strukturalny systemu transportu naczep drogowych na wózkach kolejowych w ruchu kombinowanym kolejowo-drogowym, Pojazdy Szynowe nr 2/2011, Wydawnictwo IPS „Tabor” Poznań. Madej J., Medwid M., Cichy R., Jakuszko W., Nowaczyk T., Modułowy system transportu naczep siodłowych na wózkach kolejowych w ruchu kombinowanym kolejowo-drogowym, XX Międzynarodowa Konferencja Naukowa „Pojazdy Szynowe 2012” – Poznań. Medwid M., Cichy R., Ciągnik szynowo-drogowy o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej na działanie sił wzdłużnych, Pojazdy Szynowe nr 1/2010, Wydawnictwo IPS „Tabor” Poznań. Statistics 2007, Union Internationale des societes de transport combine Rail-Route. PN-69/K-02057, Skrajnie budowli. POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 mgr inż. Joanna Czarnecka Politechnika Poznańska dr hab. Agnieszka Merkisz-Guranowska, prof. PP Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR” Ocena infrastruktury transportu intermodalnego w Polsce Transport intermodalny pociąga za sobą wiele korzyści zarówno w skali makro jak i mikro. W tym celu należy dążyć do realizacji szeregu kompleksowych działań, zapewniających transportowi intermodalnemu warunki rozwoju, w szczególności dostęp do odpowiedniej infrastruktury. Na efektywność tego typu transportu wpływa między innymi sieć terminali intermodalnych. Słabo rozwinięta infrastruktura uniemożliwia rozwój transportu kombinowanego. W Polsce parametry techniczne, w tym możliwości przeładunkowe i składowe, większości terminali są niewystarczające do obsłużenia ilości ładunków wynikających ze strategii rozwoju transportu. Jednak prowadzone inwestycje w modernizację istniejących terminali oraz tworzenie nowych w znacznym stopniu przyczyniają się do polepszenia sytuacji Polski na europejskim rynku przewozów intermodalnych. 1. Wprowadzenie 2. Diagnoza istniejącej infrastruktury Artykuł poświęcony jest zagadnieniu rozwoju infrastruktury transportu intermodalnego, ze szczególnym uwzględnieniem transportu kombinowanego drogowo-kolejowego. Kluczowym czynnikiem decydującym o efektywności transportu intermodalnego, a zwłaszcza o możliwościach przewozowych tej gałęzi transportu są terminale. Intermodalny terminal przeładunkowy to obiekt przestrzenny z właściwą mu organizacją i infrastrukturą umożliwiającą przeładunek intermodalnych jednostek transportowych: kontenerów, nadwozi wymiennych i naczep samochodowych pomiędzy środkami transportu należącymi do różnych gałęzi transportu oraz wykonywanie operacji na tych jednostkach w związku z ich składowaniem i użytkowaniem. Polska dysponuje stosunkowo dużą liczbą terminali intermodalnych – kontenerowych. Średnia gęstość w przeliczeniu na powierzchnię kraju wynosi około 0,8 terminala na dziesięć tysięcy km2 i nie odbiega znacząco od średniej europejskiej (0,9/10 tys. km2) [2]. Jest natomiast zdecydowanie niższa, niż w krajach o największym udziale przewozów intermodalnych w rynku kolejowym, takich jak: Holandia – 11,9, Belgia – 7,1 i Niemcy – 4,1. Stopniowy wzrost wolumenu i udział przewozów intermodalnych w Polsce, powinien przełożyć się w najbliższych latach zarówno na zwiększenie liczby nowych inwestycji terminalowych, jak również przyczynić się do unowocześnienia, w tym rozbudowy i modernizacji już istniejącej infrastruktury punktowej. W Polsce funkcjonuje około 30 terminali intermodalnych, jednak mają one bardzo zróżnicowane parametry techniczne. Zestawienie podstawowych parametrów istniejących terminali transportu kombinowanego przedstawiono w tabeli 1. W zestawieniu nie uwzględniono czterech wymienianych w innych źródłach terminali tj. dwóch terminali zamkniętych zlokalizowanych na terenie zakładów produkcyjnych z uwagi na to, że nie są one dostępne dla osób trzecich (terminala w Zamościu, mieszczącego się na terenie Centrum Logistycznego Laude.pl i terminala w Świeciu firmy Mondi), terminala w Piotrkowie Trybunalskim należącego do operatora logistycznego CTL Logistics, który nie jest wykorzystywany oraz terminala Medyka Żurawica należącego do PKP Cargo, gdyż zgodnie z oświadczeniem operatora nie uczestniczy on w przewozach intermodalnych. 1/3 przewozów intermodalnych obsługują terminale zlokalizowane w środkowej części kraju (Warszawa, Pruszków, Mława, Małaszewicze, Kutno, Łódź, okolice Poznania), 1/3 obsługują pozosłałe terminale zlokalizowane na południu głównie na Górnym Śląsku (Sławków, Gliwice, Sosnowiec, Dąbrowa Górnicza) i Dolnym Śląsku (Wrocław, Brzeg Dolny, Kąty Wrocławskie). Terminale ze stref portowych Gdyni, Gdańska i Szczecina obsługują łącznie 1/3 polskich przewozów intermodalnych. Dynamiczny wzrost przewozów morskich z krajów Dalekiego Wschodu, stwarza możliwości wzrostu przewozów kontenerowych, jednak możliwości te POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 27 wykorzystywane są obecnie głównie przez transport drogowy. Transport intermodalny mógłby jednak przejąć ładunki w kierunkach wschodnich i południowych Europy, chociaż liczba terminali na wschodniej granicy Polski jest niewystarczająca. Obecnie największy z nich znajduje się w Małaszewiczach, który obsługuje około 6,4% kolejowych przewozów intermodalnych. Polski transport kolejowy, przy realizacji przewozów intermodalnych, w 2011 roku obsługiwał miesięcznie średnio 66 tysięcy TEU1o daje rocznie 792 tysiące TEU. Największe roczne możliwości przeładunkowe pojedynczego terminala lądowego wynosiły 187 000 TEU. Takie możliwości ma Centrum Logistyczne Małaszewicze. Drugi co do możliwości przeładunkowych jest Euroterminal Sławków obsługujący 105 000 TEU. Jeden z najlepiej wyposażonych terminali w Polsce, terminal w Kutnie, obsługuje 100 000 TEU rocznie. Wkrótce jego zdolność przeładunkowa wyniesie 200 000 TEU. W najbliższym czasie ma powstać kilka nowych obiektów w miejscowościach: Łosośna, Zajączkowo Tczewskie, Dorohusk, Konin, Poznań Franowo, Rzepin, Suwałki, Wrocław Brochów i Ostaszewo Toruńskie, Brwinów oraz Kórnik. 3. Analiza potencjału rozwojowego rynku przewozów intermodalnych W Białej Księdze dotyczącej założeń europejskiej polityki transportowej nakreślono strategię osiągnięcia konkurencyjnego i zasobooszczędnego systemu transportowego [3]. Wśród celów jakie zostały w niej wytypowane na rzecz utworzenia konkurencyjnego systemu transportu znalazły się wytyczne optymalizujące działania multimodalnych łańcuchów logistycznych. W szczególności przyjęto następujące założenia: − Stworzenie do 2030 roku w pełni funkcjonalnej ogólnounijnej multimodalnej sieci bazowej TEN-T, a do 2050 roku osiągnięcie wysokiej jakości i przepustowości tej sieci. − Zapewnienie opłacalności multimodalnego transportu towarów dla przewoźników poprzez wdrożenie specjalnie zaprojektowanych korytarzy transportowych, optymalnych pod względem wykorzystania energii i emisji oraz minimalizacji wpływu na środowisko, a także atrakcyjnych ze względu na niezawodność, ograniczone zagęszczenie ruchu i niskie koszty operacyjne. − Zapewnienie zmiany strukturalnej niezbędnej do umożliwienia skutecznego konkurowania − przez transport kolejowy oraz przejęcia większej proporcji transportu towarów na średnie i dalekie odległości poprzez znaczne inwestycje pozwalające na rozszerzenie lub unowocześnienie przepustowości sieci kolejowej. − Przeniesienie do 2030 roku 30% drogowego transportu towarów na odległościach większych niż 300 km na inne środki transportu, np. kolej lub transport wodny, zaś do 2050 roku powinno to być ponad 50 %. Oceny stanu rozwoju transportu intermodalnego można dokonać zatem pod względem możliwości spełnienia zawartych w Białej Księdze założeń, w szczególności transferu 30% ładunków z przewozów drogowych na przewozy kolejowe. W roku 2011 w Polsce przetransportowano łącznie 1 912 178 tys. ton ładunków, z czego transportem drogowym przewieziono 1 596 209 tys. ton, a koleją 248 606 tys. ton [4]. Niestety nie są dostępne dane dotyczące struktury odległościowej przewozów transportem drogowym. Z tego powodu w celu obliczenia ilości ładunków, które powinien przejąć transport kolejowy, przyjęto dwa założenia. Pierwsze założenie stanowi, że obecnie 70% ładunków drogowych jest przewożonych na dłuższych dystansach, przekraczających 300 km, drugie, że jest to połowa ładunków. Dążąc do realizacji założeń Białej Księgi zgodnie z pierwszym założeniem należałoby dokonać transferu 30% ładunków, czyli 335 203,9 tys. ton z transportu samochodowego na transport kombinowany. Przy założeniu, że jeden kontener 20-stopowy (1 TEU) mieści 0,0102 tys. ton wspomniane wyżej 30% ładunków stanowiłoby 32 863 126 TEU. Chcąc proporcjonalnie rozdzielić ten ładunek na istniejące 30 terminali każdy z nich musiałby obsłużyć 1 095 437 TEU. Według drugiego założenia 50% ładunków przewożonych transportem samochodowym to ładunki na trasie powyżej 300 km, czyli 798 104,5 tys. ton. 30% z tej wartości stanowi ładunek o masie 239 431,4 tys. ton, co odpowiada 23 473 662 TEU. Rozdzielając ten ładunek na 30 terminali każdy z nich musiałby obsłużyć rocznie 782 455 TEU. Zestawienie najważniejszych informacji związanych ze zwiększeniem udziału transportu kombinowanego w przewozach na odległość powyżej 300 km dla danych z 2011 roku zamieszczono w tabeli 2. 1 Twenty-foot Equivalent Unit – miara odpowiadająca pojemności jednego kontenera 20 stopowego o długości 6,1 m, szerokości 2,4 m oraz wysokości 2,6 m. 28 POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 1,69 II 84 000 2x357,5 1 000 40 000 b.d. b.d. II 18 600 TK Poznań Garbary ul. Północna 1 3x150 600 40 000 b.d. b.d. II 6 200 TK Sosnowiec Południowy ul. Kościelna 60 3x230 800 30 000 238 0,57 III 9 500 TK Kraków Krzesławice ul. Łowińskiego 2 2x300 600 40 000 b.d. b.d. III 13 300 TK Dąbrowa Górnicza ul. Koksownicza 6 3x625 1x100 2x300 b.d. b.d. b.d. b.d. III 225000* TK Pruszków ul. Przytorowa 1 2x600 1x100 2x300 b.d. 90 000 1 448 3,47 II 32 976 TK Wrocław ul. Krakowska 1 2x300 1x250 1x190 b.d. 117 000 1 211 2,90 III 45 000 TK Gądki ul. M agazynowa 8 4x610 1x610 b.d. 28 000 b.d. b.d. II 320000* TK M ława ul. Dworcowa 9 2x300 2 000 53 000 504 1,21 - 25 000 TK Kobylnica ul. Dworcowa 3 3x300 500 29 200 785 1,88 II 9 300 TK Gądki ul. Dworcowa 32 1x748 1 000 b.d. 2 320 5,55 II 10 350 TK Warszawa ul. M arywilska 39 1x320 1 200 85 000 1 373 3,29 II 24 000 TK Gliwice ul. Reymonta 32 2x450 800 80 000 1 008 2,41 III 65 000 2x1300 1x560 1 310 187 000 2 115 6,36 II 19 100 b.d. b.d. 16 000 930 2,23 III b.d. TK Kutno Krzewie ul. Intermodalna 5 4x600 (4x700**) 4 000 200 000 3 479 8,33 II 80 000 TK Gliwice ul. Portowa 28 2x600 (4x600**) 1 650 100 000 3 158 4,56 III 30 000 TK Brzeg Dolny ul. Sienkiewicza 4 2x300 (4x650**) 1 000 7 500 1 506 3,60 III 14 000 1x640 900 b.d. 644 1,54 - b.d. TK Włocławek Brzezie b.d. b.d. b.d. 522 1,25 - b.d. Euroterminal Sławków ul. Groniec 1 b.d. 2 000 105 000 2 115 5,06 III b.d. TK Poznań ul. Nowosolska 40 3x600 1 200 50 000 b.d. b.d. II b.d. TK Radomsko ul. Kraszewskiego 36 3x600 2 500 b.d. b.d. b.d. - b.d. b.d. 800 b.d. b.d. b.d. II 6 500 Gdański Terminal Kontenerowy 2 tory = 320 11 500 100 000 b.d. b.d. Ia,VI 67 417 Bałtycki Terminal Kontenerowy Gdynia 3x300 18 000 750 000 b.d. b.d. VI b.d. Gdynia Container Terminal 4x475 b.d. 400 000 b.d. b.d. VI 19 100 Deepwater Container Terminal Gdańsk 2x620 23 000 1 000 000 b.d. b.d. Ia, VI 44 000 b.d 3 260 120 000 b.d. b.d. - 35 000 TK Warszawa Towarowa ul. Ordona 2a TK CL M ałaszewicze ul. Kolejarzy 22b TK Sławków LHS ul. Dębowa Góra TK Kąty Wrocławskie ul. Fabryczna 1 CLIP Logistics Swarzędz ul. Rabowicka 6 Terminal Kontenerowy DB Port Szczecin Powierzchnia terminala [m2] 705 Średnia miesięczna liczba TEU 60 000 Roczne możliwości przeładunkow [TEU] 5 000 TK Łódź Olechów ul. Tomaszowska 60 M ożliwości składowania [TEU] 2x700 Terminal Użyteczna długość torów [m] Lokalizacja na trasie korytarza paneuropejski go Tabela 1 Udział w kolejowych przewozach intermodalnyc h [%] Parametry techniczne terminali transportu kombinowanego drogowo-kolejowego * 50% z tej powierzchni przeznaczone pod terminal intermodalny ** - docelowa długość torów POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 29 Szacowane wielkości przewozów transportem kombinowanym przy założeniu transferu 30% ładunków z transportu drogowego Tabela 2 2011 Transport drogowy 1 596 209 [tys. ton] Ilość transferowanego ładunku (30%) [tys. ton] Ilość transferowanego ładunku (30%) [TEU] Dodatkowe przeładunki w przeliczeniu na jeden terminal [TEU/terminal] Transport kolejowy z uwzględnieniem trans248 606 feru ładunków [tys. ton] 70% przewozów ładunków>300 km 50% przewozów ładunków>300 km 1 117 346,3 798 104,5 335 203,9 239 431,4 32 863 126 23 473 662 1 095 437 782 456 583 810 488 037 Oszacowane wyżej wielkości są niemożliwe do osiągnięcia przy istniejącej obecnie w kraju infrastrukturze. Średnie możliwości przeładunkowe istniejących terminali lądowych, uwzględniając docelowe parametry terminali, wynoszą zaledwie 71 458 TEU rocznie/terminal. Istniejąca infrastruktura jest w stanie obsłużyć rocznie około 1,5 miliona TEU, a łącznie z terminalami morskimi (przy założeniu, że całość ładunków byłaby transportowana koleją) 3,9 miliona TEU rocznie. Należy przy tym zaznaczyć, że planowany jest rozwój infrastruktury transportu intermodalnego w Polsce. Terminal intermodalny Intermodal Container Yard, który ma powstać z Zajączkowie Tczewskim, zgodnie z planowanymi parametrami technicznymi ma mieć możliwość przeładunku ponad 1 000 000 TEU rocznie. 4. Ocena porównawcza terminali według wybranych kryteriów W 2011 roku, przy realizacji transportu intermodalnego przez polskich przewoźników kolejowych (którzy obsłużyli około 800 tysięcy jednostek TEU w 2011 roku) wykorzystywano czynnie 26 terminali przeładunkowych [2]. Parametry techniczne funkcjonujących w Polsce terminali są zróżnicowane, podobnie jak ich zasięg i udział w przewozach intermodalnych. Terminale intermodalne ocenia się najczęściej na podstawie wymogów Umowy AGTC, tj. umowy europejskiej o ważnych międzynarodowych liniach transportu kombinowanego i obiektach towarzyszących [5]. Poniżej przedstawiono ocenę istniejącej infrastruktury terminali lądowych pod względem ośmiu wybranych kryteriów mających zapewnić sprawne funkcjonowanie i rozwój transportu kombinowanego. Dla wszystkich kryteriów oceny przyjęto punktację w skali od 1 30 do 5, gdzie 1 było oceną najniższą a 5 oceną najwyższą. W ocenie nie uwzględniono terminali morskich, gdyż terminale te oferują przede wszystkim transport kombinowany drogowo-morski. Pierwsze trzy kategorie oceny stanowiły podstawowe parametry operacyjne. Pierwszym kryterium pod względem którego zostały porównane obiekty infrastruktury punktowej była liczba torów i ich długość. Według Umowy AGTC pożądana liczba torów wynosi 2, a ich długość to minimum 600 m, docelowo będzie ona zwiększona do 750 m. Rozpatrując samą liczbę torów, to kryterium spełniło 17 terminali z 25 rozpatrywanych, przy czym 2 terminale mają aż 4 tory (terminal w Kutnie i hub w Gądkach). Natomiast 4 terminale nie podają takich informacji, więc nie można było ich porównać. Uwzględniając oba wymogi jednocześnie spełnione są one przez zaledwie 8 terminali (Łódź Olechów, Dąbrowa Górnicza, Pruszków, Gądki, CL Małaszewicze, Kutno, Gliwice, Radomsko). Są one w stanie obsłużyć pełen skład pociągu bez zbędnych operacji rozformowywania. Drugą kategorię stanowiły możliwości składowania. 6 terminali nie opublikowało takich informacji. Średnie możliwości wynoszą obecnie 1 519 TEU, przy uwzględnieniu docelowych parametrów niektórych terminali wartość ta wzrasta do 1 664 TEU. Analogicznie łączne możliwości składowe polskich terminali wynoszą 28 860 TEU, po modernizacji niektórych terminali wielkość składowania wzrośnie o 2 750 TEU. Największe możliwości składowe ma terminal Łódź Olechów – 5 000 TEU, następnie Kutno – 4 000 TEU. Z kolei PCC Intermodal rozbudowuje swoje terminale, tak aby charakteryzowały się lepszymi parametrami. Obecnie terminal w Gliwicach dysponuje placem składowym o pojemności 1 650 TEU, docelowo wartość ta ma osiągnąć 2 900 TEU. Natomiast terminal w Brzegu Dolnym składuje maksymalnie 1 000 TEU, jednak docelowo ma osiągnąć wartość rzędu 2 500 TEU. Trzecim porównywanym parametrem były roczne możliwości przeładunkowe. Jak opisano powyżej istniejące w kraju terminale nie są w stanie obsłużyć wymaganych 30% ładunków drogowych, które są transportowane na dalekich trasach. Na temat możliwości przeładunkowych informacji udzieliło 19 terminali. Największe możliwości przeładunkowe mają terminal w Kutnie, który ma osiągnąć 200 000 TEU rocznie oraz Centrum Logistyczne Malaszewicze – 187 000 TEU. Na kolejnych miejscach znalazły się Terminal we Wrocławiu z potencjałem 117 000 TEU rocznie i Euroterminal Sławków – 105 000 TEU. Terminal w Gliwicach, który obecnie obsługuje 50 000 TEU, również ma w planach zwiększyć dwukrotnie swoje zdolności przeładunkowe. Czwartym kryterium wykorzystanym w analizie porównawczej był udział w kolejowych przewozach intermodalnych. Oceny dokonano na podstawie POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 danych Urzędu Transportu Kolejowego, który oszacował dla 17-stu terminali strukturę udziałów w rynku przewozów intermodalnych drogowo-kolejowych. Największą wartość osiągnął terminal w Kutnie – 8,33%, dalej CL Małaszewicze – 6,36%, następnie terminal Cargospedu w Gądkach – 5,55%, Euroterminal Sławków – 5,06%. Najmniejszy udział, wynoszący 0,57% osiągnął terminal w Sosnowcu. Bardzo ważnym aspektem w rozwoju transportu kombinowanego jest lokalizacja na trasie korytarza paneuropejskiego. W tabeli 1 podano informację czy i na trasie którego z korytarzy transportowych znajduje się terminal. Większość terminali w Polsce zlokalizowanych jest na trasie II i III korytarza, jedynie terminal w Mławie, Kątach Wrocławskich, Włocławku i Radomsku mają mniej korzystną lokalizację. Szóstym parametrem branym pod uwagę w ocenie była powierzchnia terminala. Wielkości te mieszczą się w przedziale od 6 200 m2 w Poznaniu Garbarach do 160 000 m2 w Gądkach. Ostatnie dwie kategorie oceny stanowiły kwestie dojazdu i połączenia z infrastrukturą liniową, przy czym siódmą kategorię stanowiła dostępność drogowa terminala z ośrodków gospodarczych, a ósmą łączność z głównymi dalekobieżnymi liniami kolejowymi, a w przypadku przewozów grup wagonów dobre połączenie z szybkimi pociągami towarowymi. Rozpatrywano łatwy i szybki dojazd drogowy oraz połączenie z dalekobieżnymi liniami kolejowymi. W tym celu stworzono graficzny model sieci transportowej z uwzględnieniem dróg krajowych i autostrad oraz ważniejszych linii kolejowych wraz z zaznaczeniem lokalizacji istniejących i planowanych terminali intermodalnych. Mapa na podstawie której dokonano oceny została przedstawiona na rysunku 1. Według ostatnich dwóch kategorii najlepsze lokalizacje mają terminale w Łodzi, Gądkach, Gliwicach, Kutnie oraz w Swarzędzu. Szczegółowa punktacja jaką mogły uzyskać terminale w zależności od posiadanych parametrów technicznych wyglądała następująco: a) Długość torów: x < 200 m (1 pkt) 200 m ≤ x < 300 m (2 pkt) 300 m ≤x < 400 m (3 pkt) 400 m ≤x < 600 m (4 pkt) x ≥600 m (5 pkt) b) Możliwości składowania x < 600 TEU (1 pkt) 600 TEU ≤ x < 800 TEU (2 pkt) 800 TEU ≤ x < 1 000 TEU (3 pkt) 1 000 TEU ≤ x < 2 000 TEU (4 pkt) x ≥ 2 000 TEU (5 pkt) Rys.1. Lokalizacja terminali w stosunku do liniowej infrastruktury drogowej i kolejowej POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 31 Ocena lądowych terminali transportu kombinowanego ze względu na wybrane kryteria Dojazd drogowy do terminala z ośrodków gospodarczych liniami kolejowymi, a w przypadku przewozów grup wagonów dobre połączenie z szyb 3 2 5 5 5 5 35 3 4 2 b.d. 5 1 4 5 24 1 2 2 b.d. 5 1 2 5 18 2 3 2 1 5 1 2 4 20 3 2 2 b.d. 5 2 3 5 22 5 b.d. b.d. b.d. 5 5 b.d. b.d. 15 5 b.d. 4 4 5 2 1 5 26 2 b.d. 5 3 5 3 4 5 27 5 b.d. 1 b.d. 5 5 5 5 26 3 3 3 2 1 2 b.d. b.d. 14 3 1 1 2 5 1 4 3 20 TK Gądki ul. Dworcowa 32 3 4 b.d. 5 5 1 5 5 28 TK Warszawa ul. Marywilska 39 3 4 4 4 5 2 4 4 30 TK Gliwice ul. Reymonta 32 4 4 4 3 5 4 5 5 34 b.d. 4 5 5 5 1 4 5 29 b.d. b.d. 1 3 5 b.d. 4 4 17 5 5 5 5 5 5 5 5 40 5 4 3 5 5 2 4 5 33 3 3 1 4 5 1 3 5 25 5 3 b.d. 2 1 b.d. 3 2 16 b.d. b.d. b.d. 2 1 b.d. 5 3 11 b.d. 5 5 5 5 b.d. 3 5 28 3 4 b.d. b.d. 5 b.d. 3 5 20 5 5 b.d. b.d. 1 b.d. 4 5 20 b.d. 3 b.d. b.d. 5 1 5 5 18 TK CL Małaszewicze ul. Kolejarzy 22b TK Sławków LHS ul. Dębowa Góra TK Kutno Krzewie ul. Intermodalna 5 TK Gliwice ul. Portowa 28 TK Brzeg Dolny ul. Sienkiewicza 4 TK Kąty Wrocławskie ul. Fabryczna 1 TK Włocławek Brzezie Euroterminal Sławków ul. Groniec 1 TK Poznań ul. Nowosolska 40 TK Radomsko ul. Kraszewskiego 36 CLIP Logistics Swarzędz ul. Rabowicka 6 SUMA Możliwości składowania 5 Powierzchnia terminala Długość torów mijankowych 5 TK Łódź Olechów ul. Tomaszowska 60 TK Warszawa Towarowa ul. Ordona 2a TK Poznań Garbary ul. Północna 1 TK Sosnowiec Południowy ul. Kościelna 60 TK Kraków Krzesławice ul. Łowińskiego 2 TK Dąbrowa Górnicza ul. Koksownicza 6 TK Pruszków ul. Przytorowa 1 TK Wrocław ul. Krakowska 1 TK Gądki ul. Magazynowa 8 TK Mława ul. Dworcowa 9 TK Kobylnica ul. Dworcowa 3 32 Roczne możliwości przeładunkowe Udział w kolejowych przewozach intermodalnych Lokalizacja na trasie korytarza paneuropejskiego Tabela 3 POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Roczna zdolność przeładunkowa x < 30 000 TEU pkt) 30 000 TEU ≤ x < 50 000 TEU pkt) 50 000 TEU ≤ x < 80 000 TEU pkt) 80 000 TEU ≤ x < 100 000 TEU pkt) x ≥ 100 000 TEU pkt) d) Udział w kolejowych przewozach intermodalnych x < 1% pkt) 1% ≤ x < 2% (2 pkt) 2% ≤ x < 3% (3 pkt) 3% ≤ x < 4% (4 pkt) x ≥ 4% pkt) e) Lokalizacja na trasie TEN-T TAK pkt) NIE pkt) f) Powierzchnia terminala x < 20 000 m2 pkt) 20 000 m2 ≤ x < 40 000 m2 (2 pkt) 40 000 m2 ≤ x < 60 000 m2 pkt) 60 000 m2 ≤ x < 80 000 m2 pkt) x ≥ 80 000 m2 pkt) 5. Podsumowanie c) (1 (2 (3 (4 (5 (1 (5 (5 (1 (1 (3 (4 (5 Punktację terminali przeładunkowych i centrów logistycznych, mających w swojej ofercie czynności związane z transportem kombinowanym przedstawiono w tabeli 3. Na tej podstawie dokonano wyboru terminali o odpowiednich parametrach, które mają możliwości sprawnego i efektywnego obsługiwania ładunków. W wyniku przeprowadzonej analizy wybrano terminale, dla których suma poszczególnych cech jest większa lub równa 30. Są nimi terminale: Kutno Krzewie (40 pkt), Łódź Olechów (35 pkt), Gliwice Reymonta (34 pkt), Gliwice Portowa (33 pkt), Gądki Cargosped (30 pkt), Warszawa (30 pkt). Bardzo dobre parametry posiada również Euroterminal Sławków (28 pkt) oraz Centrum Logistyczne Małaszewicze (29 pkt), ale z powodu braku dostępu do wszystkich niezbędnych informacji do analizy uzyskały poniżej 30 punktów. Wymienione terminale mogą obsłużyć rocznie ok. 850 000 TEU. POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Z przeprowadzonych rozważań wynika, że w Polsce funkcjonuje stosunkowo dużo terminali przeładunkowych, które pełną funkcję terminali intermodalnych. Wraz ze wzrostem znaczenia transportu intermodalnego wzrasta liczba obiektów przystosowanych do sprawnej i efektywnej realizacji tego rodzaju przewozów. Taka sytuacja dotyczy nowych inwestycji. Jednak istniejące terminale, które powstawały przed przystąpieniem Polski do struktur unijnych i nie były modernizowane, w większości charakteryzują się złym stanem technicznym. W Polsce znaczna część terminali nie spełnia przez to norm wyznaczonych w umowie AGTC, co staje się barierą rozwoju transportu intermodalnego. Przede wszystkim brakuje torów wyładunkowych o odpowiedniej długości (minimum 600 metrów), stan nawierzchni płyty terminali oceniany jest jako zły, większość terminali ma niewłaściwy profil powierzchni placów składowych, a także sama ich powierzchnia jest mała, brakuje nowoczesnego sprzętu oraz niewystarczająco rozwinięta jest infrastruktura około terminalowa. Przykładem terminalu intermodalnego, który nie jest przystosowany do efektywnej realizacji przeładunków jest terminal Poznań Garbary, należący do operatora Spedcont. Największą barierą w rozwoju tego terminala jest jego usytuowanie w centrum miasta. Jego lokalizacja sprawia, że brakuje dojazdu drogą o wymaganych parametrach technicznych. Przy założeniu zwiększenia przeładunków w polskich terminalach ten nie będzie w stanie realizować obsługi odpowiedniej liczby jednostek ładunkowych. Obecnie coraz powszechniejsze staje się inwestowanie w rozwój centrów logistycznych, które oferują nie tylko przeładunek, składowanie kontenerów, ale również szereg innych usług. Także nowo powstające terminale intermodalne są już budowane z myślą o zapewnieniu jak najlepszej obsługi, a także o wywiązaniu się z podstawowych wymagań stawianych tego typu inwestycjom. Aktualny stan infrastruktury nie pozwala na przejęcie 30% ładunków z transportu drogowego przez transport kolejowy. Żeby tak się stało należy przeprowadzić zakrojone na szeroką skalę inwestycje związane z budową nowych terminali oraz modernizacją tych istniejących przy czym tylko tych, które oferują perspektywy rozwoju transportu kombinowanego i mają odpowiedni potencjał. Obecne możliwości przeładunkowe terminali są niewystarczające lub też nie w pełni wykorzystywane. Polska dysponuje na chwilę obecną 9-cioma terminalami i centrami logistycznymi, które są w stanie przejąć duże ilości ładunków. Wśród nich znajdują się terminale w Łodzi, Gądkach, Warszawie Kutnie, Sławkowie, Małaszewiczach, Swarzędzu oraz dwa w Gliwicach. Są to najlepiej oceniane terminale ze względu na kryteria użyteczności. Nowe inwestycje 33 jakie są w planach mają charakteryzować się coraz lepszymi parametrami operacyjnymi, a zatem mogą w dużej mierze przyczynić się do rozwoju transportu kombinowanego. Literatura: [1] Kisperska-Moroń D., Krzyżaniak S., Logistyka, Wyd. ILiM, Poznań 2009. [2] Analiza rynku kolejowych przewozów intermodalnych, Urząd Transportu Kolejowego, Warszawa 2012. [3] Biała Księga pt. Plan utworzenia jednolitego europejskiego obszaru transportu – dążenie do osiągnięcia konkurencyjnego i zasobooszczędnego systemu transportu, Komisja Wspólnot Europejskich, COM (2011) 144, Bruksela 2011. [4] Rocznik statystyczny Transport. Wyniki działalności w 2011 roku, Główny Urząd Statystyczny, Warszawa 2012. [5] Umowa europejska o ważnych międzynarodowych liniach transportu kombinowanego i obiektach towarzyszących (AGTC), M.P. nr 3 poz. 50, 2004. [6] Zielaskiewicz H., Terminale przeładunkowe w Polsce. Problemy techniczne i projektowe – cz. 1, Infrastruktura Transportu 4/2012, s. 50-54. mgr inż. Tomasz Gazdulski Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR” dr inż. Bartosz Czechyra Politechnika Poznańska Badania klimatu akustycznego pojazdu szynowo-drogowego w warunkach normalnej eksploatacji Pojazdy szynowo-drogowe są klasą obiektów technicznych, które coraz częściej występują w parku maszynowym operatorów tramwajowych i kolejowych. Są to zazwyczaj pojazdy specjalnie przystosowane do prac ratowniczych oraz obsługowych dużej infrastruktury. Zadaniem prezentowanego pojazdu jest ułatwienie utrzymania w czystości torowisk i przystanków tramwajowych. Niezależnie od typu pojazdu oraz jego cech funkcjonalnych musi on spełniać wszystkie wymagania ochrony kierowcy w zakresie narażenia na drgania i hałas na stanowisku pracy. Artykuł dotyczy problemu pomiaru hałasu występującego podczas eksploatacji pojazdu szynowo-drogowego. W artykule omówione zostały badania terenowe przeprowadzone na pojeździe szynowo-dorgowym IVECO-eurocargo TC-2 przeznaczonego do oczyszczania torów tramwajowych. Zaprezentowany został badany obiekt oraz metodyka badań stworzona dla tego obiektu. Przedstawiono, także wyniki badań terenowych, które były prowadzone w aspekcie oddziaływania hałasu, występującego wewnątrz pojazdu podczas jazdy oraz postoju na organizm człowieka. 1. Wprowadzenie Hałas generowany przez pojazdy drogowe oraz szynowe jest zjawiskiem niepożądanym. W skrajnych przypadkach może być uciążliwym elementem 34 naszego otoczenia a nawet szkodliwym w codziennym życiu człowieka. Wynikiem zrozumienia negatywnego wpływu hałasu na organizm człowieka POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 jest otwarta i ożywiona dyskusja prowadzona przez różne środowiska (w tym naukowe) oraz wszczęty proces legislacyjny na poziomie Unii Europejskiej. Zjawiskowe pole wibroakustyczne generowane w wyniku eksploatacji pojazdów drogowych i szynowych ma wpływ na zakłócenia aktywności człowieka - zarówno pasażerów jak i operatorów pojazdów (kierowcy, maszynisty czy motorniczego). Powszechnie wiadomo, że mogą powodować odczucie dyskomfortu, przemęczenia, wpływają niekorzystnie na narząd słuchu, układ nerwowy oraz krążenia. Nadmierna ekspozycja człowieka na hałas o wysokim poziomie jest przyczyną zaburzeń poczucia bezpieczeństwa i niezależności, zakłóca porozumiewanie się oraz orientację w środowisku pracy i codziennego życia. W konsekwencji długotrwałego oddziaływania hałasu może dojść do wystąpienia określonych jednostek chorobowych, a w skrajnych przypadkach nawet do śmierci. Pojazdy szynowo-drogowe są środkami transportu o coraz szerszym zastosowaniu. Wynika to z wielu zalet jakie posiadają, a należą do nich niewątpliwie [3]: − niski koszt budowy w porównaniu z typowymi pojazdami szynowymi, − niskie koszty eksploatacji, obsługi i napraw związane przede wszystkim z małym zużyciem oleju napędowego i środków smarnych, − duża dyspozycja i pełne wykorzystanie w pracach na torze i drodze, − możliwość postoju w typowym dla pojazdów drogowych garażu lub pod wiatą, − możliwość dojazdu do miejsc pracy na torze, drogami kołowymi, − wysoka niezawodność i bezpieczeństwo w pracach na torze i drodze. To powoduje, iż pojazdy szynowo-drogowe z powodzeniem zastępują małe lokomotywy manewrowe na bocznicach kolejowych, w zakładach przemysłowych oraz kopalniach. Jednakże mimo wielu zalet istnieją pewne zagrożenia wynikające ze sposobu tworzenia tego typu pojazdów tj. przekonstruowania standardowych pojazdów drogowych. Do tych zagrożeń można zaliczyć możliwość pojawienia się lokalnych rezonansów konstrukcji, które mogą przełożyć się na wysoki poziom hałasu na stanowisku operatora. Dodatkowo sytuację utrudnia brak jednoznacznych przepisów i dokumentów regulujących pomiar hałasu w pojazdach specjalnych, do których niewątpliwie należą pojazdy szynowo-drogowe. Celem artykułu jest przedstawienie metodyki pomiarowej oraz wyników przeprowadzonych badań terenowych pomiaru hałasu oddziałującego na operatora w kabinie pojazdu szynowo-drogowego. Pomiarami objęto pojazd szynowo-drogowy służący do oczyszczania infrastruktury tramwajowej w Poznań. POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 2. Obiekt badań Obiektem badań był specjalistyczny pojazd szynowo-drogowy IVECO EUROCAGO typu TC-2, którego dokumentacja konstrukcyjna i prototyp opracowane zostały w Instytucie Pojazdów Szynowych „TABOR” w Poznaniu. Konstrukcja pojazdu opierała się na seryjnym podwoziu IVECO EUROCARGO Model 140E18W o wzmocnionej konstrukcji. Poprzez dodatkowe wyposażenie pojazdu w szynowy układ jezdny pojazd przystosowany został do poruszania się zarówno po drogach jak i po torach tramwajowych. Widok pojazdu drogowo-szynowego gotowego do pracy przedstawiono na rysunku 1. Rys. 1. Pojazd szynowo-drogowy do oczyszczania infrastruktury tramwajowej Omawiany pojazd został opracowany z myślą o wykonywaniu podstawowych prac związanych z oczyszczaniem torowiska (w tym rozjazdów i krzyżownic) oraz jego najbliższego otoczenia. Jednocześnie zostały zaimplementowane dodatkowe funkcjonalności odróżniające ten pojazd od innych dostępnych na rynku [4]. Pojazd umożliwia oczyszczanie z różnego rodzaju zanieczyszczeń stałych torowisk tramwajowych wydzielonych i wspólnych z jezdnią, międzytorza torowiska wydzielonego oraz powierzchni przystanków tramwajowych. Widok na sposób prowadzenia prac utrzymania infrastruktury przedstawiono na rysunku 2. Rys. 2. Wykorzystanie ssawy ręcznej do oczyszczania powierzchni przystanku [2] 35 Znaczą zaletą pojazdu jest możliwość automatycznego oczyszczania rowków szyn tramwajowych z piasku, kamieni oraz innych elementów drewnianych, metalowych itp. Znacząco wpływając na bezpośrednie podwyższenie bezpieczeństwa jazdy tramwaju w torze. Widok na układ oczyszczania rowków szyn tramwajowych zamieszczono na rysunku 3. Rys. 5. Trasa przejazdu po torach oraz miejsce wykonywania pomiary na postoju [1] Natomiast badanie na postoju wykonano na terenie zajezdni tramwajowej przy ulicy Gajowej (oznaczone kwadratem na rysunku 5). Rys. 3. Widok na skrobak i ssawę do oczyszczania rowków szyn [2] Tak zaprojektowany pojazd został wprowadzony do eksploatacji w Miejskim Przedsiębiorstwie Komunikacji w Poznaniu. 3. Metodyka badań 3.1. Miejsce pomiarów Ze względu na brak szczegółowych przepisów precyzujących pomiary w pojeździe drogowoszynowym w badaniach wykorzystano normy dotyczące pomiaru hałasu na stanowisku operatora pojazdu kołowego w reprezentacyjnych warunkach eksploatacyjnych. Ze względu na chęć minimalizowani wpływu postronnych pojazdów oraz innych źródeł dźwięku na wyniki prowadzonych badań pomiary wykonano nocą z 22.06.2010 na 23.06.2010 pomiędzy godziną 2340 a 2 50. Pomiarów dokonano w ruchu podczas jazdy pojazdu po drodze kołowej (na odcinkach ulic: Hetmańska, Żegrze i po torach tramwajowych (na odcinkach ulic: Zwierzyniecka, Józefa Kraszewskiego, Jana Henryka Dąbrowskiego i Franklina Roosvelta. Obie lokalizację przedstawiono odpowiednio na rysunkach 4 i 5. 3.2. Aparatura pomiarowa i punkty pomiarowe Punkt pomiaru hałasu w pojeździe podczas jazdy i postoju został dobrany zgodnie z wymaganiami norm PN-ISO 9612 [7], PN-92 K-11000 [5] i PN-S-04052 [10] przyjmując rodzaj samochodu z jednym rzędem siedzeń. Mikrofon umieszczono na wysokości 700 mm nad powierzchnią siedzenia przy uchu operatora w odległości co najmniej 200 mm (punkt 4.1 normy PN-N-01307 [9]) do środka pojazdu. Na rysunku 6 przedstawiono lokalizację punktu pomiarowego. Rys. 6. Umieszczenie mikrofonu wg normy i w pojeździe [10] Rys. 4. Trasa przejazdu na kołach gumowych [1] 36 POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Wszystkie pomiary hałasu zostały wykonane całkującym miernikiem hałasu typu 2250 firmy Brüel&Kjaer. szczegółowy opis urządzenia pomiarowego na stronie producenta [12]. 3.3. Procedura pomiarowa Badania hałasu dokonano poprzez pomiar równoważnego poziomu dźwięku Li w punkcie pomiarowym przedstawionym powyżej. Pomiaru równoważnego poziomu dźwięku na postoju dokonano przy pracującym silniku spalinowym z obrotami 700 min-1 oraz przy pracującym silniku na 4 biegu z obrotami 1700 min-1 i włączonym wentylatorze. Łącznie dokonano czterech pomiarów, z których każdy trwał 180 s. Natomiast pomiary równoważnego poziomu dźwięku podczas ruchu pojazdu wykonano oddzielnie na drodze kołowej i torze. Badania na drodze kołowej zostały wykonane przy stałej prędkości v=50 km/h. Dokonano dwóch pomiarów, z których każdy trwał 240 s. Badania na torze zostały wykonane przy dwóch stałych prędkościach: roboczej po torze prostym v=0,8 km/h i dojazdowej po torze prostym v=7,8 km/h. Dla każdej prędkości dokonano dwóch pomiarów, z których dla prędkości v=0,8 km/h trwał 480 s, natomiast dla prędkości v=7,8 km/h trwał 300 s. Na podstawie zmierzonych wartości równoważnego poziomu dźwięku Li dla każdej czynności to jest postoju, jazdy po drodze kołowej z prędkością v=50km/h i torze z prędkościami v=0,8 km/h i v=7,8 km/h zostały wyznaczone: średnia wartość równoważnego poziomu dźwięku LAeq zgodnie z zależnością wskazaną w normie PN-N-01306 [8]: 1 n L Aeq = 10 log ∑10 0,1⋅Li n i =1 Dokument Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 5 sierpnia 2005 r. PN-90/S04052 PN 92/K11000 Tabela 1 Wartość Poziom ekspozycji na hałas odniesiony do 8godzinnego dobowego wymiaru czasu pracy lub poziom ekspozycji na hałas odniesiony do tygodnia pracy – wartość progu działania wynosi 80 dB Dopuszczalny poziom hałasu dla samochodów ciężarowych – 80 dB Dopuszczalny poziom hałasu na stanowisku maszynisty i pomocnika maszynisty pojazdu trakcyjnego – 78 dB 4. Wyniki badań Pomiary hałasu wewnątrz pojazdu szynowodrogowego przeprowadzono podczas postoju oraz podczas jazdy po drodze kołowej i szynowej z różnymi prędkościami. Odpowiednio na rysunkach 7, 8 i 9 przedstawiono zestawienie wartości równoważnych poziomów dźwięku LAeq wewnątrz pojazdu z wartością dopuszczalną zawartą w normie PN-92/K-11000 [5], zestawienie wartości równoważnych poziomów dźwięku LAeq wewnątrz pojazdu z wartością dopuszczalną zawartą w normie PN-90/S-04052 [10] oraz zestawienie wartości poziomów dziennych ekspozycji na hałas LEX,8h z wartością dopuszczalną zawartą w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 5 sierpnia 2005 r. [11]. (1) gdzie: n– liczba pomiarów Li – zmierzony równoważny poziom dźwięku w [dB] oraz poziom ekspozycji na hałas odniesiony do 8-godzinnego dnia pracy LEX,8h zgodnie z zależnością wskazaną w normie PN-ISO 1999:2000 [6]: L EX ,8 h = L Aeq + 10 lg (Te / T0 ) Wartości dopuszczalne [Opracowanie własne] Rys. 7. Zestawienie wartości równoważnych poziomów dźwięku LAeq wewnątrz pojazdu z wartością dopuszczalną (2) gdzie: - LAeq– wartość równoważnego poziomu dźwięku - Te – efektywny czas dnia pracy - T0 – czas odniesienia (=8h). Wyniki porównano z wartościami (tabela 1) zawartymi w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 5 sierpnia 2005 r. [11] oraz normach PN-90/S-04052 [10] i PN 92/K11000 [5] POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Rys. 8. Zestawienie wartości równoważnych poziomów dźwięku LAeq wewnątrz pojazdu z wartością dopuszczalną zawartą w normie PN-90/S-04052 37 − największe wartości równoważnego poziomu ciśnienia akustycznego wahały się w granicach 77 dB podczas postoju pojazdu z włączonym silnikiem i wentylatorem oraz podczas jazdy po drodze szynowej z prędkością 0,8 km/h. Powodem tego jest praca wentylatora umieszczonego tuż za kabiną operatora. Literatura Rys. 9. Zestawienie wartości poziomów dziennych ekspozycji na hałas LEX,8h z wartością dopuszczalną zawartą w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 5 sierpnia 2005 r. Przeprowadzone pomiary wykazały, że pojazd nie przekracza dopuszczalnych wartości zawartych w obowiązujących przepisach. Jednakże podczas postoju z silnikiem pracującym na biegu jałowym oraz wentylatorem a także w czasie jazdy po drodze szynowej z prędkością 0,8 km/h wartości równoważnego poziomu dźwięku zbliżają się do wartości dopuszczalnej (rys.6). Wartości poziomów dziennych ekspozycji na hałas LEX,8h (rys. 9) nie przekraczają wartości dopuszczalnej zawartej w Rozporządzeniu Gospodarki i Pracy z dnia 5 sierpnia 2005 r. Na tej podstawie można stwierdzić, że badany pojazd drogowoszynowy nie stanowi zagrożenia dla operatora w zakresie negatywnego oddziaływania hałasu na stanowisku pracy. 5. Podsumowanie W artykule przedstawiono kompleksową metodykę badań hałasu w pojeździe szynowo-drogowym oraz zaprezentowano wyniki badań. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów sformułowano następujące wnioski: − stworzona metodyka, przeprowadzone badania oraz analiza zarejestrowanych sygnałów pozwoliła przeprowadzić ocenę pojazdu szynowodrogowego zgodnie z obowiązującymi przepisami, − nie zaobserwowano przekroczenia dopuszczalnych wartości równoważnego poziomu ciśnienia akustycznego, − nie zaobserwowano przekroczenia wartości dopuszczalnych poziomów dziennych ekspozycji na hałas, 38 [1] http://maps.google.pl/, (lipiec 2010 r.). [2] Medwid M.: Hybrydowe pojazdy kolejowo-drogowe zaprojektowane i wytwarzane w Polsce. Technika Transportu Szynowego. 2005, nr 7-8. [3] Medwid M., Marciniak Z.: Pojazdy szynowo-drogowe. Poznań 1999. [4] Medwid M., Przepióra K.: Pojazd szynowo-drogowy do oczyszczania infrastruktury tramwajowej. Pojazdy Szynowe 2003, nr 4. [5] Norma PN-92/K-11000 Tabor kolejowy. Hałas. Ogólne wymagania i badania. Wytyczne do wykonywania pomiarów na stanowisku pracy. [6] Norma PN-ISO 1999:2000 Akustyka. Wyznaczanie ekspozycji zawodowej na hałas i szacowanie uszkodzenia słuchu wywołanego hałasem. [7] Norma PN-ISO 9612:2004 Akustyka. Wytyczne do pomiarów i oceny ekspozycji na hałas w środowisku pracy. [8] Norma PN-N-01306:1981 Hałas. Metody pomiaru. Wymagania ogólne. [9] Norma PN-N-01307:1994 Hałas. Dopuszczalne wartości parametrów hałasu w środowisku pracy. Wymagania dotyczące wykonywania pomiarów. [10]Norma PN-S-04052:1990 Samochody. Dopuszczalny poziom hałasu wewnątrz pojazdu. Wymagania i badania. [11] Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 5 sierpnia 2005 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy pracach związanych z narażeniem na hałas lub drgania mechaniczne. Dz. U. nr 157, poz. 318. [12] www.bksv.com POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 dr inż. Vladimir Laptev Instytut Naukowo-Badawczy Transportu Kolejowego, Moskwa dr inż. Marek Babeł Politechnika Krakowska Filtracja magnetyczna wody chłodzącej zapobiegająca tworzeniu się osadów w układach chłodzenia silników spalinowych lokomotyw W artykule zaprezentowano metodę filtracji wody w układzie chłodzenia silników lokomotyw spalinowych poprzez zastosowanie aparatu magnetycznego, hydrocyklonu i zaworu regulacyjnego. Zastosowana metoda zapobiega powstawaniu osadów (kamienia kotłowego) i korozji na powierzchniach płaszczy wodnych tulei cylindrowych, przewodów wodnych i sekcji chłodzących. Opisano procesy chemiczne i fizyczne zachodzące w trakcie ciągłej filtracji wody chłodzącej. Zaprezentowano sposoby zabudowy zestawów filtrujących w różnych układach chłodzenia silników lokomotyw spalinowych. Przedstawiono przykłady zabudowanych elementów układu filtracji na lokomotywach spalinowych wraz z wynikami eksploatacyjnymi efektywności filtracji wody chłodzącej. 1. Magnetyczna filtracja wody chłodzącej. Kombinacja wody z różnymi domieszkami stosowana jest szeroko jako nośnik ciepła w układach chłodzenia silników spalinowych lokomotyw. Domieszki rozpuszczane w wodzie stosuje się w celu zapobiegania powstawaniu osadów i korozji w układzie silnika, przewodach i radiatorach układu chłodzenia. Jednakże dany sposób wymaga poniesienia w eksploatacji określonych kosztów związanych z przygotowaniem wody chłodzącej, dodawaniem drogich domieszek oraz ciągłą kontrolą jakości wody w czasie pracy silnika. W taki sposób przygotowana woda chłodząca jest nieprzyjazna dla środowiska przy jej utylizacji. Specjaliści z dziedziny energetyki cieplnej i budowy lokomotyw opracowali nowy sposób walki z osadami i korozją poprzez zastosowanie aparatu magnetycznego, hydrocyklonu i zaworu regulacyjnego w układzie chłodzenia silnika spalinowego (rys. 1.). Układ filtracji zabudowany jest w gałęzi równoległej (przewodzie bocznikowym) do sekcji chłodzącej chłodnicy z możliwością regulacji ilości przepływającej wody chłodzącej przez aparat magnetyczny i hydrocyklon niezależnie od obrotów silnika spalinowego. Konstrukcja hydrocyklonu pozwala usuwać cząsteczki szlamu mniejsze niż 0,5 mikrona z wody chłodzącej, która posiada temperaturę od 70 do 80°C i określoną objętość, dla której obliczony (dobrany) jest hydrocyklon i aparat magnetyczny. Rys.1. Jednoobiegowy układ chłodzenia lokomotywy spalinowej 1 -podgrzewacz paliwa; 2 -sekcje chłodzące; 3, 4, 5, 9, 13, 16, 18, 19, 22, 25, 28, 29, 30 -zawory; 6, 20, 24 złączki elastyczne; 7 -zbiornik wyrównawczy; 8 zawór do napełniania; 10 -przekaźnik termiczny; 11, 12 termometry; 14 -nagrzewnica; 15 zawór odpowietrzający; 17 -grzejnik; 21 -silnik spalinowy; 23, 26 -pompy wodne; 27 -rurka spustowa POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 39 Wiadomo, że wpływ pola magnetycznego na wyeliminowanie zjawiska tworzenia się osadów związany jest głównie z termodynamiczną utratą równowagi krystalicznych ciał stałych. Tworzenie się krystalicznych ciał stałych jest wynikiem zastosowanych domieszek do wody chłodzącej. Przesycenie wody – soli osadotwórczych, przyspiesza proces tworzenia się i koncentracji krystalicznych ciał stałych. W wyniku działania sił odśrodkowych w hydrocyklonie krystaliczne cząsteczki ciał stałych odrzucane są na wewnętrzne jego ścianki i w wyniku zwiększenia ich koncentracji opadają do odstojnika. Należy zaznaczyć, że proces obróbki magnetycznej wody chłodzącej powinien odbywać się w sposób ciągły. W przeciwnym wypadku następuje zahamowanie procesu tworzenia się krystalicznych ciał stałych w wyniku czego, spada jakość separacji w hydrocyklonie. Zwiększenie koncentracji krystalicznych ciał stałych i powstanie efektu zapobiegającego tworzeniu się osadów jest wynikiem kontaktu wody z polem magnetycznym w układzie zamkniętym. Prędkość strumienia w aparacie magnetycznym ma duże znaczenie, np., zwiększenie prędkości prowadzi do zwiększenia efektu tworzenia się krystalicznych ciał stałych i do zmniejszenia powierzchni wzajemnego kontaktu z upływem czasu. Z reguły, wybór optymalnej prędkości zależy od ilościowego składu domieszek w wodzie chłodzącej. 2. Efektywność nowej metody. W wyniku długotrwałej pracy układu chłodzenia silników spalinowych lokomotyw, w którym wykorzystywana była woda bez domieszek i technologia filtracji magnetycznej, nie stwierdzono występowania śladów korozji lub osadów (kamienia kotłowego) na powierzchniach płaszczy wodnych tulei cylindrowych, przewodów wodnych i sekcji chłodzących. Powierzchnie tulei cylindrowych i przewodów wodnych były pokryte warstewką magnetytu γ i ά Fe3O4 o grubości mniejszej niż 4 µm, co potwierdza właściwości antykorozyjne. Utworzenie się magnetytu nastąpiło w wyniku tego, iż pod działaniem siły elektromotorycznej w polu magnetycznym, cyrkulacja elektronów w układzie chłodzenia przyjęła określone kierunki, bardziej ujemne i równomierne. W wyniku polaryzacji powierzchni metalicznej, nastąpiła częściowa przemiana tlenku żelaza lub rdzy w tlenek żelazawy, w rezultacie czego utworzył się magnetyt γ i ά Fe3O4. 40 W przypadku kiedy aparat magnetyczny był zabudowany w układzie chłodzenia silnika spalinowego z osadami na jego wewnętrznych elementach, uległy one rozpuszczeniu. Związane jest to z tym, że objętość powstałego magnetytu γ i ά Fe3O4, była mniejsza od objętości istniejącego tlenku żelaza lub rdzy. Pod wpływem ciepła, parowania wody i rozszerzania się gazów następuje w efekcie pęcznienie i stopniowe rozpuszczanie się osadów. W próbkach wody, pobranych po przejściu strumienia przez aparat magnetyczny, stwierdzono występowanie cząsteczek o wymiarach od 0,5 do 5 µm. W odstojniku hydrocyklonu wymiary ich były mniejsze niż 120 µm. Wymiary zbadanych cząsteczek zestawiono w tablicy 1 poniżej. Wymiary cząsteczek zanieczyszczeń Badany odcinek Tab.1 Wymiary cząsteczek, µm Skład procentowy próbki Za aparatem magnetycznym 0,5 1,0 2,0 – 3,0 4,0 – 5,0 15 15 50 20 Za hydrocyklonem 0,5 – 1,0 2,0 – 3,0 40,0 80 10 10 2,2 4,0 44,0 100,0 120,0 20 20 10 30 20 W odstojniku hydrocyklonu W czasie pracy silnika spalinowego lokomotywy w okresie 24 godzin, cała objętość wody w układzie chłodzenia przepływa przez aparat magnetyczny i hydrocyklon około 24 – 35 razy. Jest to w pełni wystarczające, aby usunąć osady i wtrącenia metaliczne z układu chłodzenia. 3. Zabudowa elementów zestawu filtracji wody w układzie chłodzenia. Wymagania dotyczące zabudowy aparatu magnetycznego i hydrocyklonu są następujące: 1. Jeżeli układ chłodzenia jest jednoobiegowy, to aparat magnetyczny i hydrocyklon należy zabudować zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 1. 2. Jeżeli układ chłodzenia jest dwuobiegowy (obieg główny – chłodzenie tulei cylindrowych; obieg pomocniczy – chłodzenie oleju), to aparat magnetyczny i hydrocyklon należy zabudować w każdym obiegu – rys. 2, uwzględniając następujące czynniki: POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Rys.2. Dwuobiegowy układ chłodzenia lokomotywy spalinowej 1, 3 -sekcje chłodzące; 2 -zawór; 4 -chłodnica obiegu głównego; 5 -chłodnica chłodzenia oleju; 6 -podgrzewacz paliwa; 7 -zbiornik wyrównawczy; 8 -zawór bezpieczeństwa; 9 -wskaźnik poziomu wody; 10 -pompa ręczna; 11 -złączki; 13, 14 czujniki temperatury; 15 -termometr; 16 -chłodnica powietrza; 17, 19 -zawory powietrzne; 18 -wymienniki ciepła; 20 -pompa wodna; 22, 46 -zawory obiegu głównego i pomocniczego; 10, 15, 17, 21, 24, 25, 27, 28, 32, 33, 37, 41, 47, 48, 53, 57 zawory 2.1. W przypadku stałego połączenia pomiędzy dwoma obiegami, kiedy zawór łączący obydwa obiegi jest otwarty, a twardość wody wynosi mniej niż 6 mg/l, aparat magnetyczny i hydrocyklon należy zainstalować na jednym z dwóch obiegów. Jeżeli twardość wody jest większa niż 6 mg/l, aparat magnetyczny i hydrocyklon należy zainstalować na obydwu obiegach. 2.2. W przypadku braku połączenia pomiędzy obydwoma obiegami, kiedy zawory 22 i 46 są zamknięte (rys. 2), aparat magnetyczny i hydrocyklon należy zainstalować na obydwu obiegach niezależnie od twardości wody. a) b) Rys. 3. Zabudowa elementów zestawu filtracji wody na lokomotywach spalinowych a) lokomotywy serii 2TE116; b) lokomotywy 2TE10 POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Rys. 4. Zabudowa elementów zestawu filtracji wody na lokomotywach spalinowych serii BR230 4. Wnioski. 1. Wyniki eksploatacji nadzorowanej lokomotyw spalinowych z zabudowanymi układami magnetycznej filtracji wody chłodzącej, a następnie wieloletnie doświadczenia z eksploatacji seryjnej lokomotyw, potwierdziły efektywność zastosowanej metody filtracji. Lokomotywy spalinowe wyposażane są w trakcie planowych ich napraw w przedmiotowe zestawy filtracji wody chłodzącej – rys. 3, 4. 41 2. W trakcie planowych przeglądów kontrolnych P1 lokomotyw, przeprowadzanych co 30 dni, odbywa się regularne opróżnianie odstojnika szlamu. Ustalono, na podstawie danych eksploatacyjnych, że w trakcie opróżniania odstojnika na P1 usuwanych jest średnio od 50 do 80g „twardego” szlamu z układu chłodzenia silnika spalinowego lokomotywy. 3. W układzie wodnym lokomotyw serii SM48 zabudowywany jest jeden zestaw filtra magnetycznego; na lokomotywach serii ST44, w tym zmodernizowanych z silnikiem spalinowym CN26/26, montowane są dwa zestawy, jak przedstawiono na rys. 4. dr inż. Krzysztof Bizoń Politechnika Śląska Zastosowanie metod magnetycznych do oceny stopnia degradacji zmęczeniowej staliwa LII500 na przykładzie kół napędnych lokomotywy EU07 W artykule przedstawiono wyniki pomiarów wartości wybranych własności magnetycznych materiału (staliwo LII500) do oceny stopnia jego degradacji zmęczeniowej, na przykładzie koła napędnego lokomotywy EU07. Zakres badań obejmował badania własności magnetycznych materiału obiektu rzeczywistego oraz badania laboratoryjne własności magnetycznych próbek materiału koła. Badaniom laboratoryjnym poddano próbki materiału koła pozyskane z obszarów o mniejszym i większym stopniu degradacji zmęczeniowej. Badania obiektu rzeczywistego polegały na pomiarze dynamicznej pętli histerezy magnetycznej w wybranych punktach na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni tarczy koła. Metodę pomiaru dynamicznej pętli histerezy magnetycznej oparto na zasadzie pomiaru wartości indukcji magnetycznej w szczelinie powietrznej obwodu magnetycznego, w którym jarzmo z uzwojeniem magnesuje badany materiał. Do pomiaru wartości indukcji magnetycznej (wyrażonej wartością napięcia) wykorzystano hallotron. Wykonano barwne mapy rozkładu zmierzonych wartości parametrów magnetycznych. Dokonano również pomiarów sondą działającą na zasadzie sondy Foerstera. Uzyskano barwną mapę rozkładu parametru opisującego zmianę indukcyjności sondy pomiarowej w zależności od miejsca pomiaru na wewnętrznej powierzchni tarczy koła. 1. Wstęp Remont układu napędnego lokomotywy EU07 polega na jego całkowitym demontażu i przeprowadzeniu badań defektoskopowych kół napędnych metodą wizualną i penetracyjną barwną. Badania te mają na celu wykrycie pęknięć w kole napędnym (rys.1.). Pęknięcie eliminuje koło z dalszej eksploatacji. Metoda wizualna i metoda penetracyjna barwna są metodami prostymi, szybkimi i skutecznymi w wykrywaniu już istniejących pęknięć kół kolejowych. Nie są one jednak w stanie wykryć miejsc w kole napędnym o strukturze na tyle zdegradowanej, że w krótkim okresie czasu od badania wystąpi w nim pęknięcie. 42 Rys.1. Pęknięcie koła napędowego lokomotywy EU07 wykryte metodą penetracyjną barwną. POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Pęknięcia kół napędnych charakteryzuje wysoka powtarzalność miejsc ich powstawania (rys.2.). Przyczyny powstawania pęknięć w tego typu kołach nie są w pełni zidentyfikowane. Symulacje komputerowe prowadzone z wykorzystaniem metody elementów skończonych wykazały, że w materiale koła nie następuje przekroczenie dopuszczalnej wartości naprężeń [1]. Można jednak stwierdzić, iż podczas toczenia się po szynach, koła są poddane cyklicznym, sinusoidalnym niesymetrycznym obciążeniom. Obciążenia o takim charakterze mogą być przyczyną zmęczeniowego pękania materiału koła [1]. że w materiale koła nie następuje przekroczenie dopuszczalnej wartości naprężeń [1]. Można jednak stwierdzić, iż podczas toczenia się po szynach, koła są poddane cyklicznym, sinusoidalnym niesymetrycznym obciążeniom. Obciążenia o takim charakterze mogą być przyczyną zmęczeniowego pękania materiału koła [1]. Symulacje komputerowe przeprowadzono wykorzystując program Ansys Workbench. Warunki brzegowe (podparcia i obciążenia) modelu dyskretnego (rys.4.) przyjęto zgodnie z obowiązującymi normami [6, 7] i wcześniejszymi pracami prowadzonymi w Katedrze Transportu Szynowego [6, 7]. Uwzględniono obciążenia od wcisku koła na oś zestawu kołowego (poprzez zdefiniowanie wstępnego przemieszczenia węzłów elementów skończonych na wewnętrznej powierzchni piasty koła), obciążenia od wzajemnego oddziaływania koła i szyny w postaci sił skupionych dla różnych przypadków ruchu koła po szynie (jazda po prostym odcinku toru, jazda po łuku toru), obciążenia od układu napędowego (rys.3.). Wykonano obliczenia wytrzymałościowe dla różnych punktów przyłożenia sił oddziaływania pomiędzy szyną i kołem zmieniając punkt przyłożenia sił po obwodzie koła symulując w ten sposób toczenie się koła po szynie. Rys.2. Koło napędne lokomotywy EU07 z zaznaczonymi miejscami pęknięć. 2. Teoretyczne uzasadnienie podjętych badań Staliwo LII500 jest podstawowym materiałem stosowanym do produkcji napędnych kół kolejowych lokomotyw EU07. Stopy żelaza z węglem (w tym również staliwa) w większości przypadków mogą być poddawane badaniom diagnostycznym magnetycznym. Wpływ naprężeń mechanicznych, wywołanych czynnikami zewnętrznymi (kształtowanie materiału, obróbka cieplna, obciążenia eksploatacyjne) na parametry magnetyczne materiału nie jest jednakowy dla wszystkich gatunków stali i staliw. Każdy gatunek stali bądź staliwa wymaga niezależnych badań zmienności parametrów magnetycznych od czynników zewnętrznych pod kątem możliwości zastosowania diagnostyki magnetycznej. Wielkościami fizycznymi magnetycznymi, czułymi na strukturę materiału są przede wszystkim: dynamiczna przenikalność magnetyczna oraz tangens kąta stratności. Wpływ procesów degradacyjnych materiału na zmiany parametrów magnetycznych każdego gatunku stali bądź staliwa (ferromagnetyka) przebiega w sposób charakterystyczny i indywidualny, zależny między innymi od składu chemicznego materiału i od charakteru obciążeń zmęczeniowych [2-5]. 3. Obliczenia wytrzymałościowe metodą elementów skończonych Symulacje komputerowe prowadzone z wykorzystaniem metody elementów skończonych wykazały, POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Rys.3. Schemat obciążenia i model dyskretny koła napędnego lokomotywy EU07. 43 a) b) c) d) e) f) Rys.4. Przykładowe barwne mapy naprężeń w kierunku promieniowym w kole napędnym lokomotywy podczas toczenia się koła po szynie. Wynikiem przeprowadzonej analizy wytrzymałościowej były między innymi barwne mapy naprężeń. Analiza map naprężeń pozwoliła wykazać, iż w obszarach koła, w których następuje pęknięcie, podczas toczenia się koła po szynie pojawiają się naprężenia o zmiennym znaku (rozciągające i ściskające). Poniżej przedstawiono wybrane, przykładowe mapy naprężeń promieniowych w kole dla różnych kątów obrotu koła względem szyny. Na rysunkach zaznaczono czerwoną elipsą miejsce powstawania pęknięć w obiekcie rzeczywistym. Położenie koła przedstawione na rysunku 4a (położenie odniesienia) oznaczono jako 0o. Rysunki przedstawiają rozkład naprężeń w 44 tarczy koła z pominięciem obręczy. Rysunki 4a, 4b, 4c pozwalają zauważyć, że dla przykładowych kątów obrotu koła względem szyny (0o, 15o, 30o, …) naprężenia promieniowe w miejscu pękania są rozciągające, natomiast dla wybranych przykładowych kątów obrotu koła względem szyny (120o, 135o, … 180o, …) naprężenia promieniowe w miejscu pękania są ściskające. Cykl taki powtarza się przy każdym obrocie koła względem szyny. POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 4. Badania własności magnetycznych materiału obiektu rzeczywistego Badania na obiekcie rzeczywistym przeprowadzono wykorzystując skopometr Fluke serii 190, miernik wielkości magnetycznych oraz sondy pomiarowe [2]. Badania na obiekcie rzeczywistym przeprowadzono na terenie ZNLE w Gliwicach, wykorzystując zezłomowane (z pęknięciem wykluczającym dalszą eksploatację) koło układu napędnego lokomotywy EU07. Pomiarów własności magnetycznych materiału koła dokonano wzdłuż czternastu wybranych promieni koła w ośmiu punktach na każdym z wybranych promieni (ścieżek pomiarowych). Ścieżki pomiarowe wybrano w taki sposób, aby przebiegały one przez miejsca w bezpośrednim sąsiedztwie miejsca pęknięcia koła jak i przez miejsca niewykazujące oznak początków utraty ciągłości (rys.5.). wyznaczone przy magnesowaniu materiału w zakresie średnich pól magnesujących. Wyniki pomiarów wartości napięcia u1 – parametru proporcjonalnego do wartości natężenia koercji Hc przedstawiono na wykresie kołowym (rys.6.). Pomijając obręcz koła, na której zaobserwowano największe wartości parametru natężenia koercji, najprawdopodobniej spowodowane zmianami w materiale od długotrwałego działania karbu (podtoczenia) znajdującego się tuż obok obręczy, największe wartości parametru Hc w tarczy koła zaobserwowano w miejscach odpowiadających miejscom, w których najczęściej następują pęknięcia (por. rys.2. i rys.6.). Wyniki pomiarów wartości napięcia u2 – parametru proporcjonalnego do maksymalnej wartości wektora indukcji magnetycznej B przedstawiono na wykresie kołowym (rys.7.). Pomijając obręcz koła, na której zaobserwowano największe wartości parametru indukcji, najprawdopodobniej spowodowane zmianami w materiale od długotrwałego działania karbu (podtoczenia) znajdującego się tuż obok obręczy, największe wartości parametru B w tarczy koła zaobserwowano w miejscach odpowiadających miejscom, w których najczęściej następują pęknięcia (por. rys.2. i rys.7.). Rys.5. Koło napędne lokomotywy EU07 z zaznaczonymi miejscami pęknięć. Dokonano pomiarów dynamicznej pętli histerezy magnetycznej. Na każdą ze zmierzonych pętli histerezy składały się cztery pełne jej przebiegi. Badania oparte były na zasadzie pomiaru wartości indukcji magnetycznej w szczelinie powietrznej obwodu magnetycznego, w którym jarzmo z uzwojeniem magnesuje badany materiał [7]. Do pomiaru wartości indukcji magnetycznej (wyrażonej wartością napięcia) wykorzystano hallotron. Zworą w układzie magnesującym był badany obiekt (ograniczony obszar koła kolejowego). Zarejestrowane przebiegi napięć u1 i u2 (na wejściu i wyjściu sondy pomiarowej) pozwoliły na wykreślenie dynamicznej pętli histerezy magnetycznej. Zmierzona wartość napięcia u1 na wejściu sondy pomiarowej była proporcjonalna do wartości natężenia pola magnetycznego w obwodzie (u1[V]=f(H[A/m])). Zmierzona wartość napięcia u2 na wyjściu sondy pomiarowej była proporcjonalna do wartości indukcji magnetycznej w szczelinie powietrznej układu magnesującego (u2[V]=f(B[T])). Dynamiczne pętle histerezy magnetycznej zostały POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 Rys.6. Mapa rozkładu parametru natężenia koercji Hc na powierzchni wewnętrznej badanego koła z zaznaczonymi miejscami powstawania pęknięć na obiekcie rzeczywistym. Rys.7. Mapa rozkładu parametru indukcji magnetycznej B na powierzchni wewnętrznej badanego koła z zaznaczonymi miejscami powstawania pęknięć na obiekcie rzeczywistym. 45 Kolejnym badaniem magnetycznym materiału koła było badanie z wykorzystaniem sondy działającej na zasadzie sondy Foerstera [8]. Pomiary wykazały wpływ badanego materiału koła (materiał o mniejszym lub większym stopniu degradacji zmęczeniowej) na wartość indukcyjności L2 , a tym samym na wartość mierzonego napięcia um. Układ pomiarowy wyskalowano tak, aby wskazywał on jedynie zmianę napięcia um czyli ∆um. Pomiary ∆um w punktach siatki pomiarowej na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni koła pozwoliły na wykreślenie barwnej mapy rozkładu wartości ∆um na powierzchniach bocznych koła napędnego (rys.8.). Największe wartości napięcia ∆um, w tarczy koła zaobserwowano w miejscach odpowiadających miejscom, w których najczęściej następują pęknięcia (por. rys.2. i rys.8.). Duże wartości ∆um zaobserwowano również w obręczy koła najprawdopodobniej spowodowane zmianami w materiale od długotrwałego działania karbu (podtoczenia) znajdującego się tuż obok obręczy. Rys.8. Mapa rozkładu wartości ∆um na powierzchni wewnętrznej badanego koła z zaznaczonymi miejscami powstawania pęknięć na obiekcie rzeczywistym. 5. Wybrane wyniki badań laboratoryjnych Pomiary laboratoryjne przeprowadzono wykorzystując próbki materiału wycięte z badanego koła. Próbki wycięto z miejsc bezpośrednio sąsiadujących z miejscem pęknięcia (próbki o większym stopniu degradacji zmęczeniowej – oznaczone jako WSD) jak i z miejsca oddalonego od pęknięcia w kole (próbki o mniejszym stopniu degradacji zmęczeniowej – oznaczone jako MSD). Wykorzystany do badań miernik własności fizycznych PPMS (Physical Property Measurement System) pozwolił między innymi na wyznaczenie krzywych pierwotnego magnesowania (rys.9.). Zaobserwowano mierzalne różnice w charakterze krzywych pierwotnego magnesowania próbek o mniejszym i większym stopniu degradacji zmęczeniowej materiału, przejawiające się wyraźną różnicą poziomów nasycenia magnetycznego. Dokonano równiwż pomiarów krzywych pier46 wotnego magnesowania za pomocą stanowiska laboratoryjnego skonstruowanego w Katedrze Transportu Szynowego. 6. Wnioski z badań Przeprowadzone badania własności magnetycznych (pętle histerezy magnetycznej, natężenie koercji, krzywa pierwotnego magnesowania) materiału koła napędnego lokomotywy EU07 wskazują na istnienie mierzalnych różnic ich wartości w zależności od stopnia zmęczeniowej degradacji materiału koła. Miejsca największej degradacji zmęczeniowej cechuje największa wartość natężenia koercji (rys.6), największa wartość indukcji magnetycznej (rys.7) oraz największa wartość zmian indukcyjności (rys.8). Badania laboratoryjne krzywych pierwotnego magnesowania materiału próbek wykazały, iż materiał z obszarów o mniejszym stopniu degradacji zmęczeniowej cechuje wyższy poziom magnetyzacji nasycenia w odniesieniu do próbek materiału o wyższym poziomie degradacji zmęczeniowej (rys.9). Rys.9. Krzywe pierwotnego magnesowania próbek o większym stopniu degradacji zmęczeniowej (WSD) i o mniejszym stopniu degradacji zmęczeniowej (MSD). Wyniki badań eksperymentalnych oraz analiza literaturowa wskazują na możliwość zastosowania zaproponowanej metody pomiaru stopnia degradacji zmęczeniowej materiału w diagnostyce kolejowych zestawów kołowych. Literatura [1] Bizoń K.: Symulacyjna ocean obciążeń zmęczeniowych w tarczy koła napędnego zestawu kołowego, I Kongres Mechaniki Polskiej, 28-31 sierpnia 2007, Warszawa, wydawnictwo na CD. [2] Żurek Z. H.: Opracowanie metody magnetycznej do wczesnej detekcji procesów zmęczeniowych w stalach niskostopowych i niskowęglowych. Rządowy Projekt Badawczy Własny N N507 0807 33 (zakończony 15.11.2009, (K. Bizoń – główny wykonawca). POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 [3] Bizoń k., Żurek Z. H.: Badania wytrzymałości zmęczeniowej stali stosowanej na zestawy kołowe w oparciu o jej parametry magnetyczne, XIX Konferencja Naukowa Pojazdy Szynowe, Targanice k. Andrychowa, 15-17 września 2010, Materiały konferencyjne, tom I, strony 29-36. [4] Żurek Z.H., Janeczek T., Maciejewski J.: Parametry magnetyczne stali jako kryterium diagnostyki zmęczeniowej. PAK, Pomiary Kontrola Automatyka, 9/2008, strony 670-673. [5] Żurek Z.H., Cząstkiewicz Z.: Pomiary magnetyczne stali paramagnetycznych. PAK, Pomiary Kontrola Automatyka, IV/2009, 229-232. [6] Fleischer B.: Notfallmanagement und verhalten im notfall, DZB 4, Mannheim Deine Bahn 9/2000, s.560-564 [7] Sitarz M., Sładkowski A., Chruzik K.: Metody numeryczne w projektowaniu kół kolejowych zestawów kołowych. Monografia. Katowice 2003. [8] Bizoń K.: Wykrywanie stref wpływu procesów zmęczeniowych w tarczy koła napędnego lokomotywy EU07 metodami magneto-indukcyjnymi. 40 Krajowa Konferencja Badań Nieniszczących, referat nr R08, wydawnictwo na CD. mgr inż. Adam Durzyński dr inż. Zbigniew Durzyński, prof. nadzw. dr Dariusz Kurpisz mgr inż. Adam Sienicki Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR” Diagnostyka eksploatacyjna pojazdów szynowych W artykule scharakteryzowano wybrane procedury diagnostyczne oraz dostępne na rynku oprzyrządowanie umożliwiające ich realizację. Szczególną uwagę zwrócono na diagnozowanie podzespołów układu biegowego zarówno w spoczynku jak i w trakcie jazdy. Na podstawie wyszczególnionych badań przedstawiono koncepcję zagospodarowania stanowiska diagnostycznego. 1. Wprowadzenie Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie rodzaju i zakresu obowiązujących procedur diagnostycznych oraz określenie na ich podstawie koncepcji wyposażenia i zabudowy stanowiska diagnostycznego przeznaczonego do weryfikacji bieżących własności użytkowych pojazdu szynowego. Zaproponowano także sposób przetwarzania wyników przeprowadzonych badań w celu prognozowania czasu zużycia poszczególnych elementów i podzespołów. Efektywne zarządzanie procesem eksploatacji pojazdu szynowego jest w ścisły sposób powiązane z jego diagnostyką. Prawidłowo zaplanowane i przeprowadzone czynności diagnostyczne mogą nie tylko udzielić odpowiedzi na pytanie o bieżący stan zużycia wybranych podzespołów, zakres niezbędnych napraw, ale również posłużyć do oceny tempa zachodzących procesów zużycia, a w konsekwencji prognozowania żywotności poszczególnych elementów. Swoistym punktem odniesienia jest tutaj stan POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 techniczny pojazdu w chwili rozpoczęcia jego eksploatacji. Informacji o nim dostarcza zespół szczegółowych badań przeprowadzonych stosownie do wymogów sprecyzowanych w [6, 7, 8, 9, 10]. W większości przypadków mają one charakter jednorazowy jak np.: pomiar drgań i sił dynamicznych, pomiar hałasu, oświetlenia, parametrów pracy zawieszenia, co w szerszym kontekście uniemożliwia ocenę zmiany tych wielkości na tle zachodzącego procesu eksploatacji. W tej sytuacji interesującą koncepcją jest okresowe powtórzenie niektórych badań o charakterze "jednorazowym" i odniesienie uzyskanych wyników do ich wartości początkowej. Efektem tego jest konieczność poszerzenia spektrum wykonywanych czynności diagnostycznych, a w konsekwencji uzupełnienia wyposażenia stanowiska diagnostycznego o dodatkowe oprzyrządowanie umożliwiające ich realizację. Niewątpliwą korzyścią płynącą z takiego sposobu podejścia jest natomiast możliwość prognozowania zużycia tych podzespołów. 47 2. Zakres i charakter badań stanowiskowych wykonywanych przed dopuszczeniem do eksploatacji. Badania te wykonywane są dwuetapowo i mają na celu orzeczenie o zgodności właściwości eksploatacyjnych pojazdu szynowego z wymogami sprecyzowanymi w [6, 7, 8, 9, 10]. Jako pierwsze wykonuje się badania statyczne stanowiskowe, których głównym celem jest udzielenie odpowiedzi na pytanie o to czy pojazd jest wystarczająco bezpieczny, aby przeprowadzić badania ruchowe. Badania te posiadają zarówno charakter podstawowy, bezpieczeństwa jak i typu (tj. związany z specyficznymi rozwiązaniami technicznymi zastosowanymi przez producenta tylko w określonym typie pojazdu), a zaliczmy do nich: - sprawdzenie charakterystyk układów biegowych pojazdu odpowiedzialnych za bezpieczeństwo jazdy (sztywność podłużnego i poprzecznego prowadzenia zestawów kołowych, moment oporowy wózka, sztywności skrętne reagujące na wichrowanie toru, sztywność poprzeczna zawieszenia nadwozia na wózkach oraz zdolność tłumienia drgań przez tłumiki) - określenie pionowych nacisków kół na tor dla oceny rozkładu masy pojazdu i prawidłowości regulacji pierwszego i drugiego stopnia zawieszenia wózków (wybrane stany załadowania pojazdu) - weryfikacje wymiarów pojazdu (współczynniki przechylania odpowiedzialne za skrajnię oraz wysokość urządzeń sprzęgających z innymi pojazdami), - badanie stanu elementów hamulca ciernego podstawowego i postojowego (grubość klocków lub okładzin hamulcowych, grubość, czystość oraz chropowatość tarcz hamulcowych, sprawność przekładni i siłowników hamulcowych, szczelność instalacji powietrznej i sprawności technicznej układu sterującego pracą hamulca) - określenie stanu powierzchni tocznej i obrzeży kół (grubość, wysokość i kąt pochylenia obrzeży oraz profil i chropowatość powierzchni tocznej), stanu powierzchni zewnętrznej osi zestawów kołowych a także stanu osadzenia kół (obręczy) na tych osiach - sprawdzenie grubości blach (w tym perforacji wywołanych korozją) i stanu elementów złącznych konstrukcji nośnych pojazdu (ram wózków, belek nośnych i nadwozia, stan spoin, nitów i śrub odpowiedzialnych za wytrzymałość pojazdu i bezpieczeństwo jazdy) - sprawdzenie ciągłości i izolacji instalacji elektrycznej pojazdu (rezystancji, impedancji, upływność i przerwanie obwodów) i funkcjonowania elementów przeciwporażeniowych 48 - określenie stanu sprawności akumulatorów (poziom naładowania, oporność wewnętrzną, elektrolit oraz układu kontroli jego ładowania) - sprawdzenie poziomu emisji hałasu wytwarzanego przez urządzenia pojazdu w wybranych konfiguracjach ich działania (silnik spalinowy z osprzętem, elektro-energetyka układu napędowego i zasilania pokładowego, klimatyzacji i wentylacji) - sprawdzenie parametrów agregatu prądotwórczego określających jego sprawność (moc silnika, jednostkowe zużycie paliwa, czystość filtrów powietrza, paliwa i oleju, czystość spalin, charakterystyka napięciowo-prądowa prądnicy dla wybranych obrotów i stanów obciążenia) oraz układu sterowania i kontroli jego pracy - sprawdzenie parametrów działania trakcyjnych układów zasilania i napędów trakcyjnych (charakterystyki elektryczne – napięcia, prądy i obroty, stan elementów mechanicznych przeniesienia napędu – geometria zębów, luzy łożysk, szczelność olejowa) - sprawdzenie odporności na przegrzanie urządzeń elektrycznych (prądnicy, prostowników, silników trakcyjnych, oporników rozruchu i hamowania oraz układów sterujących) oraz pary ciernej hamulca (klocków, kół jezdnych, okładzin i tarcz hamulcowych) - sprawdzenie szczelności nadwozia na wodę i powietrze (przeciekanie poszycia pojazdu oraz wentylacja pasożytnicza) - sprawdzenie poprawności działania wentylacji i klimatyzacji pojazdu (ilość świeżego powietrza, skuteczność ogrzewania i ochładzania – temperatury i moce cieplne) - sprawdzenie poprawności działania systemów kontrolnych i pomocniczych wchodzących w skład wyposażenia dodatkowego (takich jak m. in. systemy sterowania drzwiami, komunikacji, łączności, informacji dla pasażerów, autodiagnozy itd.) z punktu widzenia bezpieczeństwa obsługi. Kolejnym etapem jest przeprowadzenie w warunkach zbliżonych do eksploatacyjnych następujących badań i prób ruchowych: - badanie charakterystyki dynamicznej pojazdu – bezpieczeństwo przed wykolejeniem, stateczność jazdy oraz oddziaływanie na tor (ocena Y/Q na torach wichrowatych w warunkach quasistatycznych, występowanie poprzecznych drgań wózków i nadwozia przy szybkiej jeździe oraz sił pionowego Q i poprzecznego Y oddziaływania kół na szyny) - ocena komfortu na drgania pojazdu (przyspieszenia na podłodze i siedzeniach), POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 - ocena poziomu emisji hałasu na zewnątrz i do środka pojazdu przez układ jezdny, wibracje strukturalne ram wózków i nadwozia oraz urządzenia pokładowe (mikrofony kierunkowe na zewnątrz i pokładzie pojazdu oraz akcelerometry na membranach elementów podwozia i nadwozia pojazdu) - ocena wentylacji i klimatyzacji pojazdu (pomiar mocy grzewczych i chłodzących, temperatur wewnątrz i na zewnątrz pojazdu w funkcji czasu) oraz składu powietrza podczas eksploatacji pojazdu (pomiar udziału dwutlenku węgla w powietrzu w wybranych miejscach wewnątrz pojazdu) - ocena zdolności trakcyjnych i hamujących układu napędowego – planowana realizacja sił pociągowych lub hamujących w wybranych stanach wysterowania układu (siły wzdłużne na zestawach kołowych, prędkość jazdy, prądy i napięcia w układzie zasilania, obroty agregatu prądotwórczego, temperatury silników elektrycznych i oporników rozruchowych lub hamowania) - ocena oporów ruchu pojazdu (realizacja ustalonych sił trakcyjnych lub jazda z wybiegu) - ocena sprawności układu regulacji prędkości (czas reakcji i płynność wykonywania poleceń maszynisty przez układ, automatyczne wykonanie poleceń zdalnych na sytuacje awaryjne) - ocena rzeczywistych dróg hamowania dla wybranych wariantów wysterowania hamulca (tylko hamulec cierny, tylko hamulec elektrodynamiczny, tylko hamulec szynowy oraz ich kombinacje) z pomiarem prędkości jazdy, ciśnień w układzie zasilającym, wielkości elektrycznych w układzie napędowym i zasilania hamulca szynowego - ocena skuteczności układów kontroli poślizgów podczas napędzania i hamowania pojazdu (pomiar prędkości i przyspieszeń kół jezdnych oraz sił trakcyjnych lub hamujących w funkcji czasu) - sprawdzenie grzania się łożysk maźniczych, prądnic i silników trakcyjnych (pomiar temperatury). Każde z wymienionych badań wymaga przeprowadzenia serii szczegółowych prób służących ocenie wyznaczanych w nim parametrów, a to łączy się z koniecznością zastosowania metod pomiarowych oraz urządzeń zależnych od charakteru mierzonych wielkości i typu badanego pojazdu. Stąd dobór optymalnej metody diagnostyki i stosowanego w niej oprzyrządowania jest kluczowy ze względu na ocenę prawidłowości funkcjonowania diagnozowanego podzespołu. Istotnym ułatwieniem w ocenie bieżącej prawidłowości funkcjonowania poszczególnych podzespołów, na co zwrócono uwagę m. in w [2] jest system autodiagnostyki. W przypadku lokomotyw elektrycznych typowy system sterowania i diagnostyki tworzą na stępujące układy: POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 - panel operatorski w kabinie 1 - panel operatorski w kabinie 2 - sterownik pulpitowy 1 - sterownik pulpitowy 2 - sterownik przetwornicy - sterowniki napędu i hamowania ED - sterownik tablicy pneumatycznej - sterownik układu przeciwpoślizgowego - sterownik układu uzdatniania powietrza - sterownik pośredniczący - sterownik prędkościomierza (rejestratora) - sterownik diagnostyczny oraz modem GSM - sterownik jazdy uproszczonej. Komunikacja pomiędzy poszczególnymi elementami systemu w nowoczesnych pojazdach kolejowych odbywa się za pośrednictwem magistrali CAN. Opracowany w Instytucie Pojazdów Szynowych „Tabor” system sterowania tablicy pneumatycznej, będący jednym z wyżej wymienionych, zbudowano z sieci 9 sterowników połączonych magistralą RS232. Dla takiego układu opracowano model diagnostyczny układu hamulca lokomotyw elektrycznych. W wspomnianym modelu zastosowano symulator sygnałów wejściowych realizowany przez dedykowaną aplikację oraz sterownik centralny z modułem prądowym umożliwiającym generowanie dwóch sygnałów prądowych odpowiadających dwóm wybranym ciśnieniom. Dodatkowo w modelu zastosowano sterownik mikroprocesorowy z modułem prądowym umożliwiającym generowanie dwóch sygnałów prądowych 0÷20 mA. Sterownik ten razem z modułem realizuje uproszczony model symulatora ciśnień MCA i MCB. Aplikacja umożliwia zadawanie sygnałów wejściowych i zapisywanie wszystkich sygnałów wejściowych i wyjściowych do pliku tekstowego na dysku komputera. Symulator umożliwia zadawanie 60 sygnałów binarnych i 10 sygnałów analogowych po magistrali RS232. Umożliwia podgląd sygnałów wejściowych i wyjściowych on-line oraz realizuje zapis wszystkich danych do pliku tekstowego na dysku komputera. Opracowanym modelem można testować wszystkie funkcje układu hamulca. Jedną z funkcji diagnostycznych jest próba hamulca dodatkowego. Wynik próby podlega automatycznej rejestracji. 3. Zakres badań w trakcie eksploatacji Dostęp w sposób ciągły do wszystkich informacji o parametrach pracy maszyn pokładowych (zasilania w energię, napędu, hamulca, drzwi, oświetlenia oraz obserwacji i komunikacji) i bezpieczeństwie ruchu jest ideałem, do którego należy dążyć. Jest to oczywiste, mimo że jeszcze na zbyt niskim poziomie. Natomiast tworzenie dodatkowej bazy danych o stanie pojazdu i jego urządzeń podczas 49 eksploatacji nie jest oczywiste a może mieć charakter ciągły lub okresowy w zależności od charakteru zużycia eksploatacyjnego lub ważności procesu. Od samego początku eksploatacji są okresowo przeprowadzane czynności diagnostyczne dotyczące oceny stanu elementów szybko zużywających się, takich jak wstawek klocków i tarcz hamulcowych oraz kół. Na niektórych pojazdach trzeba diagnozować również wykładziny gniazd czopów skrętu i ślizgów bocznych. Znacznie rzadziej ocenie podlega również stan wytrzymałości i kształtu pudła, jakości powłok malarskich oraz sprawność mechanizmów. W trakcie trwania eksploatacji celowe jest okresowe uzupełnienie wiedzy o dane wynikające z szeregu dodatkowych pomiarów, takich jak: - pomiar drgań na pojeździe (maźnice, ramy wózków i nadwozie) oraz na urządzeniach wirujących (sprężarki, przetwornice, silniki itp.) za pomocą akcelerometrów, - pomiar sił oddziaływania pojazdu na tor (np. poprzez naprężenia na osiach lub kołach zestawów kołowych) oraz sił reakcji łożysk w wirujących maszynach pokładowych, - stanowiskowy pomiar nacisków pionowych kół jezdnych, - lokalny pomiar hałasu wewnątrz pojazdu, pochodzący od podwozia i głównych urządzeń pokładowych, - pomiar lokalnych temperatur powietrza na zewnątrz i wewnątrz pojazdu oraz ilość dwutlenku węgla, - kontrola ślizgów pantografu, - pomiar izolacyjności elektrycznej, temperatur i przewodności cieplnej urządzeń pokładowych, - pomiar wielkości elektrycznych takich jak rezystancja, impedancja i charakterystyki półprzewodników, - kontrola sprawności zaworów, przełączników i zamków, - sprawdzanie stanu zanieczyszczenia filtrów i przewodów wentylacyjnych lub hydraulicznych maszyn. 4. Opis dostępnej na rynku aparatury i koncepcja zagospodarowania stanowiska diagnostycznego Jak przedstawiono wcześniej prawidłowa realizacja czynności diagnostycznych łączy się z zastosowaniem odpowiedniej aparatury, a ich charakter uwarunkowany jest specyfiką diagnozowanego układu. Chociaż znacząca większość badań wymienionych w dokumentach normatywnych wywiera wpływ na bezpieczeństwo jazdy, to jednak jednymi z najważniejszych pod tym względem są badania układu biegowego i przeniesienia napędu. 50 Przykładowo, przedmiotem oceny diagnostycznej mogą być elementy wózków jezdnych: - ramy wózków - przekładnie trakcyjne - łożyska maźnic - zestawy kołowe, - sprężyny nośne, drążki skrętne i przeguby. Ocena wytrzymałości konstrukcji ram odbywa się już na etapie ich projektowania (obliczenia numeryczne), a następnie na podstawie wyników badań stanowiskowych odprężonego prototypu (w celu niwelacji naprężeń spawalniczych powstałych w konstrukcji ramy stosuje się metodę odprężania wibracyjnego. Polega ona na obciążeniu konstrukcji drganiami wibracyjnymi zbliżonymi do jej częstotliwości jej drgań własnych a w efekcie wprowadzeniu zjawiska kontrolowanego rezonansu. Superpozycja naprężeń generowanych przez drgania i naprężeń resztkowych powoduje lokalne przekroczenie granicy plastyczności a w efekcie „rozładowanie” szczątkowego stanu naprężenia. Zadanie takie można zrealizować przy użyciu urządzenia VCM25). Zjawisko korozji materiału nie wywiera istotnego wpływu na ich żywotność. Biorąc pod uwagę powyższe wystąpienie jej uszkodzeń w trakcie prawidłowej eksploatacji jest bardzo mało prawdopodobne a wobec tego realna możliwość wystąpienia awarii dotyczy głównie podzespołów wózka. Jak dowodzi praktyka, najniebezpieczniejsze są awarie występujące w trakcie jazdy. Należy tu w szczególności wyróżnić sytuacje takie jak zagrzanie i zablokowanie hamulca, zagrzanie łożysk osi, deformacja bieżni kół, awaria przekładni trakcyjnej. Każda z nich może stać się bezpośrednią przyczyną katastrofy bądź doprowadzić do uszkodzenia torowiska. Interesującym sposobem rozwiązania jest tutaj System wykrywania stanów awaryjnych taboru kolejowego podczas jazdy ASDEK [1]. Stanowi on swego rodzaju urządzenie kontroli doraźnej stanu technicznego pojazdu w trakcie pracy. Zespół czujników wbudowanych w torach i współpracujących z systemem przetwarzania sygnałów dostarcza bieżącej informacji o stanie hamulców, łożysk osi, bieżni kół oraz naciskach na tor. W przypadku wykrycia nieprawidłowości informacja jest natychmiast przekazywana do najbliższego punktu kontroli ruchu taboru kolejowego, co pozwala na wyłączenie z ruchu zdefektowanej jednostki. Badania stanowiskowe mają charakter prewencyjny, gdyż ich głównym celem jest ocena stanu technicznego podzespołów, a w efekcie wskazanie części, których uszkodzenia bądź stopień zużycia wskazują na to, że mogą one stać się przyczyną wystąpienia awarii. Przedmiotem takich badań są: POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 - naciski kół jezdnych w obrębie jednego wózka. Bardzo często różnią się one od wartości wynikających z teoretycznego rozkładu masy pojazdu na osie, co jest efektem tolerancji wykonania ramy wózka, tolerancji sprężyn resorowych oraz ich charakterystyk. Nierównomierny rozkład nacisków może powodować nierównomierne zużycie kół, zakłócenia spokojności biegu wózka oraz przyśpieszone zużycie torowiska. Oceny rozkładu nacisków pionowych można dokonać przy zastosowaniu stanowiska pomiarowego STOLEM [12]. Zbudowane jest ono z prasy hydraulicznej umożliwiającej symulacje nacisku do 200 kN na jedno koło, oraz układu pomiaru nacisków pionowych kół (szyny ważące). Zaletą rozwiązania jest jego prostota, wadę stanowi możliwość diagnozowania tylko niezamontowanych wózków - zawory rozrządcze i zespoły hamulcowe - tutaj rodzaj zalecanego urządzenia diagnostycznego związany jest bezpośrednio z charakterem badanego pojazdu. Oczekiwaniami stawianymi urządzeniu diagnostycznemu są tutaj: powtarzalność zadawanych przebiegów pneumatycznych, wysoka dokładność, wiarygodność oraz automatyzacja akwizycji uzyskanych wyników. W zakresie badań układów hamulcowych istotna jest także ocena stopnia zużycia powierzchni ciernej klocków. Badania eksperymentalne i wstępne rozważania numeryczne [3] potwierdzają zmianę emitowanej w trakcie hamowania fali akustycznej w zależności od bieżącej grubości okładziny ciernej. Interesującym sposobem pomiaru generowanej fali akustycznej jest zastosowanie mikrofonów kierunkowych sprzężonych z systemem akwizycji i przetwarzania sygnału. - zestawy kołowe - szczególną uwagę należy zwrócić na stopień zużycia powierzchni tocznej koła oraz możliwość wystąpienia mikropęknięć zarówno w jego obrębie jak i osi zestawu kołowego. Oś zestawu kołowego poddana jest złożonemu stanowi obciążenia pochodzącemu od działania związanych z masą pojazdu obciążeń zginających i występujących w chwili rozruchu oraz hamowania obciążeń skręcających, na co zwrócono uwagę w [11]. Głównym zagrożeniem są tutaj pęknięcia zmęczeniowe. Ich wykrycia i lokalizacji można dokonać posługując się metodami rentgenowskimi, magnetoskopowymi bądź defektoskopii ultradźwiękowej. Istotna może także okazać się ocena wizualna stanu powierzchni osi obejmująca źródła i stopień korozji oraz ubytki materiału spowodowane uszkodzeniami mechanicznymi. Miejsca takie wprowadzają efekt karbu, a w efekcie mogą stać się zalążkiem mikropęknięć zmęczeniowych. POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013 - wpływ wichrowatości toru na prace zawieszenia. Tutaj efektywnym rozwiązaniem jest urządzenie TENSAN [13]. Umożliwia ono ocenę prawidłowości pracy zawieszenia poprzez zastosowanie procesu wymuszonego wichrowania toru pod wózkiem. Sterowany komputerowo układ siłowników wymusza ruchy pionowe poszczególnych kół oraz dokonuje bieżącej rejestracji wymaganej przez normę siły nacisku koła i ugięcie sprężyn. Końcowym efektem jest wykreślenie pętli histerezy, co umożliwia wykrycie innych usterek w zawieszeniu. Urządzenie dostępne jest w kilku wersjach, w tym dedykowane do badań lokomotyw. - urządzenia i aparaty pomocnicze – interesującą metodą jest analiza widma fali akustycznej emitowanej przez pracujące urządzenia. Znajomość parametrów fali akustycznej (takich jak amplituda i częstotliwość) odpowiadającej prawidłowej pracy urządzenia wsparta o umiejętność wyselekcjonowania emitowanych przez nie częstotliwości z ogółu mierzonych, pozwala z dużą dokładnością wskazać miejsce uszkodzenia. Realizacja tej metody wymaga jednak stworzenia systemu akwizycji i przetwarzania sygnału. Odbiór sygnału najlepiej realizować posługując się mikrofonami kierunkowymi a do jego przetwarzania wykorzystać transformatę falkową. Uzyskane w końcowym efekcie widmo fali akustycznej badanego urządzenia porównywane jest z wzorcem. - instalacje i urządzenia elektryczne – tutaj jak podkreślono w [4] należy zwrócić uwagę na stan parametrów krytycznych, do których zaliczamy: - okres użytkowania ogniw galwanicznych, - liczbę cykli ładowania rozładowania akumulatorów, - przyrost temperatury podczas pracy, -napięcie i prąd ładowania, rozładowania akumulatorów. Prognozowanie stanu zużycia źródeł pierwotnych jak i wtórnych może być realizowane poprzez wczytanie do pamięci trwalej pojazdu granicznej daty użytkowania (źródła pierwotne) lub maksymalnej liczby cykli ładowań i rozładowań (źródła wtórne). W obu przypadkach system powinien ze stosownym wyprzedzeniem informować użytkownika o konieczności wymiany źródła na nowe. W przypadku braku wspomnianej możliwości należy kontrolować końcową datę eksploatacji, bądź bieżącą liczbę cykli. - charakterystyka i właściwości trakcyjne - tutaj ocenie diagnostycznej (w warunkach polowych – na trasie) podlegają możliwości rozruchowe na tle zachowania warunków przyczepności. Zadanie to realizowane jest przez rejestrację cyfrową a 51 następnie przetwarzanie parametrów elektrycznomechanicznych takich jak: - prędkość liniowa pojazdu - droga zespołu trakcyjnego - napięcie zasilania zespołu trakcyjnego - natężenie prądu pobieranego przez zespół trakcyjny - natężenie prądu pobieranego przez falowniki w wagonie. Rejestracji parametrów cyfrowych i ich analizy można dokonać tak, jak opisano w [5], tj. odpowiednio przy zastosowaniu rejestratora cyfrowego firmy GOULD typu TA11 oraz programu Dasa View II. Istotną rzeczą jest tutaj stwierdzenie czy w trakcie rozruchu realizowanego w zmieniających się warunkach (szyny suche, szyny mokre, stan próżny, stan pełnego załadowania) zachowane są wymagane wartości przyspieszeń oraz czy nie występuje zjawisko poślizgu koła na szynie. 5. Podsumowanie Przeprowadzone i aktualnie realizowane badania oraz analizy możliwości oceny bieżącego stanu pojazdu kolejowego oraz prognozowania jego krótkoterminowego stanu wskazują na celowość systematycznego opracowywania i wdrażania specjalizowanych stanowisk diagnostycznych wspartych odpowiednio wydajnym zapleczem komputerowym. Takie stanowiska pozwolą w krótkim czasie, co ma znaczenia dla wskaźnika gotowości technicznej, a ten przekłada się na wynik ekonomiczny, wskazać te podzespoły wagonu, które będą wymagały naprawy lub wymiany. Racjonalne wykonywanie prac przeglądowo-naprawczych w oparciu o wiedzę o aktualnym i prognozowanym stanie podzespołów pozwoli w porównaniu do rutynowego działania opartego na danych statystycznych: przebieg i czas eksploatacji pozwoli docelowo znacznie ograniczyć koszty eksploatacji. Ze względu na znaczącą dominację w taborze kolejowym wagonów towarowych ze względu na ich liczbę celowe byłoby skoncentrowanie się na nich w pierwszym okresie rozwijania eksploatacyjnych systemów diagnostycznych. 52 6. Literatura [1] ASDEK - specyfikacja techniczna urządzenia. Firma TENS [2] Durzyński Z.: Katalog uszkodzeń i usterek systemów na tle architektury pojazdu. Pojazdy Szynowe 3/2012 [3] Kurpisz D., Durzyński A., Sienicki A.: Prognozowanie stanu zużycia klocka hamulcowego na podstawie parametrów sygnału akustycznego. Pojazdy szynowe 2/2013 [4] Łastowski M.: Ocena i prognozowanie stanu pokładowych chemicznych źródeł energii elektrycznej. Pojazdy Szynowe 3/2012 [5] Oporowski M.: Badania właściwości trakcyjnych elektrycznego zespołu trakcyjnego typu 33WE. RP0805. IPS Tabor 2012 [6] PN-EN ISO 3095:2005. Kolejnictwo. Akustyka. Pomiar hałasu emitowanego przez pojazdy szynowe [7] PN-EN ISO 3381:2011. Kolejnictwo. Akustyka. Pomiar hałasu wewnątrz pojazdów szynowych [8] PN-EN 12663:2010E. Kolejnictwo. Wymagania konstrukcyjno-wytrzymałościowe dotyczące pudeł kolejo-wych pojazdów szynowych. Cz. 1. – Lokomotywy i tabor pasażerski (i metoda alternatywna dla wagonów towarowych. Cz. 2. Wagony towarowe. [9] PN-EN 13749:2011E. Kolejnictwo. Zestawy kołowe i wózki. Metody określania wymagań konstrukcyjnych dla ram wózków. [10] PN-EN 14363:2007P. Kolejnictwo. Badania właściwości dynamicznych pojazdów szynowych przed do-puszczeniem do ruchu. Badania właściwości biegowych i próby stacjonarne. [11] Sobaś M.: Diagnostyka osi zestawów kołowych układów biegowych pojazdów trakcyjnych i tocznych. Pojazdy Szynowe 4/2010 [12] STOLEM - specyfikacja techniczna urządzenia. Firma TENS [13] TENSAN. Systemy do kontroli oceny stanu technicznego i regulacji zawieszenia taboru kolejowego – specyfikacja techniczna urządzenia. Firma TENS. POJAZDY SZYNOWE NR 3/2013