Loading

Eksploatacja pojazdów trakcyjnych na liniach górskich Południowego Okręgu KP

"Trakcja i Wagony" nr 2/81

mgr inż. Andrzej Janusz
naczelnik Zarządu Trakcji Południowej DOKP
UKD:629.42.004.1:656.2.022.847

 

Kolejowe linie górskie charakteryzują się przede wszystkim znacznymi różnicami wzniesień, bardzo dużą ilością łuków o stosunkowo małym . promieniu oraz niskimi, dozwolonymi prędkościami maksymalnymi. Stąd też warunki eksploatacyjne pojazdów szynowych, a zwłaszcza trakcyjnych, są tu w sposób znaczący inne niż na liniach nizinnych.

Najwięcej trudności w prowadzeniu pociągów stwarzają stosunkowo niskie, dopuszczalne, maksymalne prędkości na tych liniach. Wynikają one z warunków drogowych oraz eksploatacyjnych (wymagany procent ciężaru hamującego).

Praca pojazdu na liniach górskich powoduje szybkie podcięcie obręczy zestawu kołowego. Graniczne zużycie tych obręczy określa w profilu AOC graniczna wartość qz, która dla warunków górskich wynosi 8,5 mm. Jak wykazały doświadczenia eksploatacyjne, wpływ na prędkość podcinania się obręczy zestawów kołowych, obok oczywiście decydującego znaczenia profilu linii, mają:
- temperatura otoczenia,
- stan toru (w okresach suchych prędkość podcinania zdecydowanie wzrasta),
- fakt czy obręcz jest nowa, czy po reprofilowaniu (tempo zużywania się obręczy wzrasta po kolejnych przetoczeniach),
- fakt czy na danej linii pracują tylko pojazdy trakcji elektrycznej i spalinowej, czy także parowozy (wyciekająca na tor z parowozów woda i oliwa zmniejsza tempo zużycia),
- jakość materiału, z jakiego wykonana jest obręcz.

Wszystkie te czynniki powodują, że różnice przebiegu między granicznymi zużyciami, a więc kolejnymi toczeniami obręczy, są znaczne. I tak, dla przykładu w pojazdach elektrycznych, pracujących tylko na linii zakopiańskiej, średnie przebiegi między toczeniami zestawów kołowych wynoszą 30 tys. km; przy czym w okresie letnim, suchym, dochodzą tylko do około 20 tys. km, zaś w okresie jesienno-zimo-wym przekraczają 40 tys. km. Ponadto, w lokomotywach o układzie osi CoCo przebieg między toczeniami jest około 40% mniejszy niż w lokomotywach BoBo.

Dla porównania - średni przebieg między toczeniami zestawów kołowych pojazdów elektrycznych pracujących w terenie nizinnym wynosi 180 tys. km; przy czym czynnikiem limitującym tu konieczność reprofilowania jest nie-podcięcie obręczy, a jej zużycie na okręgu tocznym.

Dla spalinowych pojazdów trakcyjnych pracujących na linii Tarnów-Muszyna, średnie przebiegi w ostatnim okresie wynoszą:
- ST43 - ze smarowaniem obręczy kół - 53700 km (8,5 miesiąca),
- ST43 - bez smarowania obręczy - 33400 km (5 miesięcy),
- SU46 - bez smarowania obręczy - 31300 km (3 miesiące).

Dla porównania - średni przebieg lokomotyw ST43 pracujących tylko w terenie nizinnym wynosi około 230 tys. km (3 lata); przy czym wystąpił tam skrajny przypadek przebiegu 283100 km bez toczenia w ciągu 3 lat eksploatacji. Stąd, tak ogromnego znaczenia nabierają wszystkie techniczne i organizacyjne przedsięwzięcia zmierzające do ograniczenia zużycia obręczy zestawów kołowych.

Profil linii, znaczne różnice wzniesień między początkiem a końcem linii, a także liczne wzniesienia i spadki na samej trasie wpływają również na zużycie innych elementów pojazdów trakcyjnych.

Częste przejścia przez łuki i częste długotrwałe hamowania przyczyniają się do przyspieszonego zużycia części biegowych pojazdów, jak również ich układów hamulcowych, a przede wszystkim części trących. Jest to spowodowane warunkami dużego zapylania cząstkami stałymi, pochodzącymi głównie z klocków hamulcowych. Cząstki te przedostając się pomiędzy powierzchnie trące tworzą warstwę ścierną, która znacznie przyspiesza zużycie sworzni i tulejek, połączeń przegubowych itd. Duże naciski pomiędzy płaszczyznami ciernymi oraz ograniczone przemieszczenia kątowe prowadzą do szybkiego usunięcia warstwy smaru spomiędzy powierzchni trących, w wyniku czego powstaje tarcie suche z udziałem przedostających się z zewnątrz cząsteczek stałych.

Konieczność pokonywania dużych wzniesień na znacznych długościach - od kiliku do kilkunastu kilometrów - jak również konieczność pokonywania znacznych różnic poziomu między początkiem a końcem linii - rzędu kilkuset metrów - powodują, że w czasie jazdy silniki trakcyjne przez długi czas pracują z maksymalną mocą. Płynące w sposób długotrwały prądy, zbliżone do prądu godzinnego lub wieksze w czasie częstych rozruchów, powodują oczywiście nagrzewanie się silnika.

Dotychczas nie były przeprowadzane bardziej szczegółowe badania dotyczące nagrzewania się silników trakcyjnych w czasie pracy w warunkach górskich i wpływu tego nagrzewania na ich żywotność i niezawodność. W 1980 roku została napisana praca dyplomowa, w której podano nagrzewanie się silników metodą pomiaru bezpośredniego wielkości płynącego prądu przez silniki w zespołach trakcyjnych serii EN57 i EN71 w czasie pracy na linii zakopiańskiej 1).

Analiza nagrzewania metodą prądu zastępczego wykazała, że tak w jednym, jak i w drugim zespole silniki nie przegrzewają się. Natomiast metodą wykreślną prof. F. Jansa z Czechosłowacji 2), adaptowaną do warunków polskich stwierdzono, że silniki zespołu EN57 przekraczają o 10% wartość temperatury dopuszczalnej. Z pracy tej nasuwa się wniosek, że badania takie powinny być kontynuowane w celu bliższego rozeznania tego problemu.

Z dotychczasowych doświadczeń eksploatacyjnych nie można jednoznacznie stwierdzić czy silniki w elektrycznych pojazdach trakcyjnych pracują na granicy temperatury dopuszczalnej i jaki to ma wpływ na ich żywotność. Nie stwierdzono w każdym razie znacznie zwiększonych uszkodzeń tych silników. Tłumaczy się ten fakt tym, że w ruchu pasażerskim częste postoje i jazdy bez prądu pozwalają na ostudzenie silników, a w ruchu towarowym masy pociągów są ograniczone przyczepnością i wytrzymałością sprzęgów. W trakcji spalinowej na linii Jasło - Zagórz zaszła konieczność zmniejszenia, obliczonego teoretycznie, obciążenia pociągów o 200 t, bowiem przy małych dozwolonych prędkościach na tej linii silniki pracowały zbyt długo przy prądzie zbliżonym do godzinnego i ich awaryjność znacznie wzrosła.

Urządzenia lokomotyw spalinowych

Na linii Tarnów - Muszyna pokonanie krytycznego wzniesienia jest długotrwałe. I tak, szlak Grybów - Ptaszkowa (i odwrotnie) pokonują lokomotywy w czasie 20-40 minut. Lokomotywy pracują wtedy przy maksymalnym obciążeniu, ponieważ masy pociągów - z uwagi na duże przewozy - dobierano maksymalne. W wyniku takiej eksploatacji są narażone na przyspieszone zużycie:
-  kolektory (częste powstawanie nieszczelności, przegrzewanie, a nawet wyrywanie korków kolektorów wydechowych),
-  doładowarki (przegrzewanie),
- chłodnice (duże obciążenie cieplne i zwiększona awaryjność),
-  układ hydrostatyczny i elementy automatyki układu chłodzenia.

Aparatura elektryczna

Zwiększone zużycie oraz uszkodzenia aparatury, elektrycznej, w tym także oporów rozruchowych, dotyczą głównie pojazdów elektrycznych. Spowodowane jest to trudnościami w prowadzeniu pociągów przy małych, dozwolonych prędkościach. Na przykład są odcinki, gdzie przy dużych wzniesieniach obowiązuje prędkość 50 km/h. Na odcinkach tych jazda bezoporowa w zespole EN71 (na pozycji ustalonej) jest niemożliwa. Wywołuje to konieczność ciągłej manipulacji nastawnikiem jazdy, a więc ciągłą pracę styczników liniowych, wału kułakowego i jego napędu. Powoduje to uszkodzenia styczników liniowych oraz styków PZ napędu wału kułakowego, który na takich odcinkach pracuje, w zasadzie, bez przerwy.

Jak stwierdzono, rozruch - nawet automatyczny - trwa przy jeździe na dużych wzniesieniach dwu-, a nawet trzykrotnie dłużej niż na odcinku poziomym. Zwiększa się więc czas pracy oporów rozruchowych i możliwość ich przegrzania. Z tego też powodu niemożliwa jest w zespołach serii EN57 jazda z wyłączonym jednym zespołem, bowiem płynie wtedy tak duży prąd, że przekaźnik samoczynnego rozruchu nie przestawia wału kułakowego na pozycję bezoporową, co prowadza do uszkodzenia oporów rozruchowych.

Podobnie ulegają uszkodzeniom opory rozruchowe przy prowadzeniu lokomotywą ET21 pociągu towarowego z prędkością do 30 km/h. Wtedy także nie ma możliwości prowadzenia ciągłej jazdy na pozycji bezoporowej. Wydajność wentylatorów oporów rozruchowych, zupełnie wystarczająca przy jeździe z większymi prędkościami, przy tak dużym prądzie jest za mała, tym bardziej że nie jest uzależniona od obciążenia oporników.

Sprzęgi Scharfenberge'a

Ponad 50% jazdy na łukach, w tym 50% na łukach o promieniu 300 m, wpływa w sposób zasadniczy na przedwczesne zużycie elementów sprzęgów samoczynnych. Stwierdza się nadmierne wycieranie sercówek i łączników sprzęgowych oraz sworzni głównych. Wytarcia występują także w czopach mocowania sprzęgów w czołownicy wagonu.

Wnioski

  1. Powinny być pilnie podjęte prace zmierzające do zbadania możliwości modernizacji pojazdów trakcyjnych pracujących na liniach górskich - w kierunku przystosowania ich do pracy przy małych prędkościach i obciążeniach.
  2. Z uwagi na przewidzianą elektryfikację większości linii górskich i wynikające stąd duże zapotrzebowanie na pojazdy trakcyjne, należałoby rozważać możliwość i celowość skonstruowania nowej lokomotywy dostosowanej do pracy w odmiennych warunkach górskich.
  3. Do prowadzenia pociągów towarowych powinna być stosowana lokomotywa 2 x BoBo, stąd prace dotyczące dostosowania lokomotyw do pracy w warunkach górskich powinny być prowadzone w pierwszej kolejności dla lokomotyw ET41.
  4. Elektryczny zespół trakcyjny serii EN71 nadaje się do pracy w górach, wobec czego należałoby pilnie podjąć produkcję tych zespołów, jednak zmodernizowanych, tzn. z charakterystyką trakcyjną dostosowaną do pracy z małymi prędkościami.
  5. Powinien być wprowadzony zmienny przebieg (kilometrowy i alternatywnie czasowy) pomiędzy naprawami okresowymi dla pojazdów pracujących na liniach górskich, w celu wyeliminowania wymiany obręczy zestawów kołowych w lokomotywowniach.
  6. Zaopatrzenie w części zamienne, w tym głównie w zestawy kołowe, powinno być priorytetowe dla lokomotywowni typowo górskich.
  7. Zespoły technologiczne lokomotywowni powinny opracować wnioski dotyczące zwiększonej zużywalności i awaryjności elementów pojazdów pracujących na liniach górskich, w celu zwrócenia uwagi na te elementy w czasie napraw okresowych.
  8. Powinny być pilnie podjęte prace badawcze dotyczące nagrzewania się silników trakcyjnych w czasie pracy na liniach górskich.
  9. Należałoby pilnie opracować program przedsięwzięć zmierzających do uzyskania w składach pociągów, kursujących na liniach górskich, większego procentu ciężaru hamowanego.
  10. Należałoby podjąć prace badawcze w zakresie możliwości i celowości wprowadzenia hamowania elektrodynamicznego w elektrycznych i spalinowych pojazdach trakcyjnych eksploatowanych na liniach górskich.

1) Malisz K., Zalewski P.: Analiza nagrzewania silników napędowych elektrycznych zespołów trakcyjnych w warunkach górskich. Praca dyplomowa Politechniki Krakowskiej Wydział Transportu 1980 r.

2) Jansa F.: Elektricka trakcia. ALFA Bratislava 1976.