Loading

Wagon pomiarowy do badań tensometrycznych

inż. Maksymilian Szymański
kierownik działu w Centralnym Biurze Konstrukcyjnym PKP w Poznaniu
inż. Jarosław Styczyński
st. specjalista w Centralnym Biurze Konstrukcyjnym PKP w Poznaniu

"Trakcja i Wagony" nr 3/1981

UKD.629.464.247 (438)

Zakłady Naprawcze Taboru Kolejowego w Ostrowie Wielkopolskim zbudowały - na zlecenie Centralnego Ośrodka Badań i Rozwoju Techniki Kolejnictwa, na podstawie dokumentacji konstrukcyjnej opracowanej przez Centralne Biuro Konstrukcyjne PKP - wagon pomiarowy typu 95A do badań tensometrycznych pojazdów szynowych w ruchu. Wagon ten - po przeprowadzeniu badań stanowiskowych i na linii w warunkach eksploatacyjnych - został przekazany do eksploatacji w lipcu 1980 roku.

Charakterystyka techniczna wagonu jest następująca:
szerokość toru 1435 mm
długość wagonu ze zderzakami 24 500 mm
długość pudła . 24 200 mm
długość podwozia 23 200 mm
największa szerokość zewnętrzna
wagonu 2883 mm
wysokość wagonu 4050 mm
rozstaw czopów skrętu 17 200 mm
dwa wózki typu 4ANc z prądnicami
hamulec Oerlikon z zaworem rozrządczym ESt4f/REL1
ogrzewanie elektryczne trójnapięciowe oraz indywidualne wodne
masa wagonu próżnego 48 t
największa prędkość konstrukcyjna 160 km/h
eksploatacyjna 140 km/h

Ze względów ekonomicznych do budowy wagonów zostały użyte zespoły produkowane obecnie przez przemysł taboru kolejowego, takie jak:
- pudło wagonu osobowego typu 111 Ac, seryjnie produkowane przez Fabrykę Wagonów "PAFAWAG" we Wrocławiu, z niewielkimi zmianami konstrukcyjnymi (zmiany obejmowały przede Wszystkim inne usytuowanie przyspawanych części, wynikające z nowego wyposażenia wnętrza);
- wózki typu 4ANc z prądnicami, produkowane seryjnie przez Zakłady Naprawcze Taboru Kolejowego w Opolu, z nowymi sprężynami belki bujakowej i zestawów kołowych; zmiana układu sprężyn została podyktowana inną masą pudła i koniecznością spełnienia wymagań pod względem spo-kojności biegu, jak również wysokości zderzaków;
- drzwi boczne wyposażono dodatkowo w zamki patentowe, których brak w wagonie typu 111 Ac; we wnętrzu wagonu zamontowano drzwi odchylne wykonane ze sklejki wodoodpornej, obustronnie oklejonej wykładziną drewnopodobną (UNILAM), która jest w kolorze ścian;
- drzwi w ścianach czołowych wykonano jako odchylne, zamiast suwanych, dla zapewnienia szczelności;
- okna adaptowano z wagonu osobowego, z wyjątkiem dwóch okien w przedziale pomiarowym, które wykonano jako skośne na wzór wagonów bagażowych, wyposażając je dodatkowo w wycieraczki elektryczne, co umożliwia obserwacje trasy podczas badań;
-. hamulec systemu Oerlikon, a zwłaszcza jego część pneumatyczna i mechaniczna wraz z cylindrami hamulcowymi o średnicy 14 cali, zaworem rozrządczym typu ESt4f/RELl i urządzeniami przeciwpoślizgowymi, zostały adaptowane z wagonów osobowych produkowanych seryjnie; jedynie po przeliczeniu układu hamulca przeprowadzono korektę przełożenia dźwigni przycylindrowych, aby zapewnić wymaganą intensywność hamowania;
- mostki przejściowe, wałki gumowe, lampy sygnałowe, tablice i wsporniki sygnałowe zasadniczo nie różnią się od rozwiązań tradycyjnych, jedynie na ścianach czołowych umieszczono dodatkowo reflektor samochodowy oraz głośniki ostrzegawcze;
- urządzenia pociągowo-zderzne, składające się ze zderzaków o długości 650 mm i urządzeń cięgłowych nienawskrośnych, są elementami zunifikowanymi i odpowiadają wymaganiom UIC,
- typowe stopnie wejściowe wyposażono od strony przedziału pomiarowego w dodatkowy odchylny stopień; stopień ten w stanie odchylonym przekracza Skrajnię taboru, Wobec czego zaistniała konieczność sygnalizacji świetlnej w przedziale pomiarowym.

Rys. 1. Wagon pomiarowy do badań tensometrycznych

1 - przedział maszynowy,
2 - przedział ogrzewczy,
3 - przedział hydroforu,
4 - WC,
5 - umywalnia,
6 - kuchnia,
7 - korytarz,
8 - przedział konwojenta,
9 - przedział mieszkalny,
10 - przedział konferencyjny,
11 - przedział pomiarowy,
12 - przedsionek,
13 - okno skośne,
14 - skrzynia węglowa,
15 - skrzynia aparatowa WN,
16 - bateria akumulatorów,
17 - reflektor boczny,
18 - wycieraczka szyby

Rozplanowanie wnętrza wagonu, przedstawione na rysunku 1, umożliwia przeprowadzanie badań, opracowywanie wyników obliczeń, jak również przygotowywanie i spożywanie posiłków w czasie dłuższych podróży.

Przedział maszynowy 1 (rys. 1), zlokalizowany po stronie hamulca ręcznego, jest wyposażony w zespół spalinowo-prądotwórczy o mocy około 16 kW z silnikiem wysokoprężnym, generatorem prądu przemiennego trójfazowego o napięciu 3X380 V oraz w elektryczny wentylator wyciągowy uruchamiany w czasie pracy zespołu. Zespół ten jest umieszczony na ramie z amortyzatorami gumowymi, przykręconej do podwozia. Dopływ świeżego powietrza do agregatu zapewnia żaluzja w ścianie bocznej wagonu.

Ze względu na zagrożenie pożarowe ściany przedziału, wykonane ze sklejki wodoodpornej o grubości 17 mm, pokryto od wewnątrz warstwą azbestu o grubości 5 mm, a następnie ściany oraz sufit - blachą stalową ocynkowaną o grubości 1 mm. W odmienny sposób zaprojektowano podłogę, bowiem wykonano ją z blachy stalowej o grubości 5 mm, położonej bezpośrednio na ostoi wagonu.

Przedział ogrzewczy 2, usytuowany obok przedziału maszynowego, jest wyposażony w kocioł opalany węglem. Kocioł ten składa się z paleniska o kształcie rurowym oraz z płaszcza zewnętrznego, między którymi znajduje się o-grzewana woda. Zabudowane wewnątrz kotła rury cyrkulacyjne służą do przyspieszenia obiegu wody oraz do lepszego wykorzystania ciepła zawartego w spalinach. Ponadto w (kotle znajduje się wężownica parowa, przez którą przepuszcza się parę z głównego przewodu ogrzewczego. Wodę w kotle można więc również ogrzewać parą dostarczaną z parowozu, wagonu o-grzewczego lub lokomotywy spalinowej, wyposażonej w urządzenie ogrzewcze.

W przedziale ogrzewczym znajdują się także zbiornik wyrównawczy o pojemności około 100 1 i zbiornik zapasowy o pojemności 130 1 z pompą skrzydełkową. Przedział ten pokryto od wewnątrz płytami azbestu, a podłogę wykonano z blachy stalowej.

W przedziale 3, sąsiadującym z przedziałem kotłowym/ umieszczono hydrofor ze zbiornikiemciśnieniowym o pojemności 300 1 (oraz pompę elektryczną i zapasową ręczną), który jest niezbędny do wytworzenia ciśnienia wody, zasilającej grzejnik wody przepływowej typu PGp4 (terma wody ciepłej).

 

Rys. 2. Przedział kuchenny

Rys. 3. Kanapy w przedziale mieszkalnym

Pod wpływem ciśnienia wody armatura gazowo-wodna uruchamia grzejnik w momencie otwarcia kurka wodnego. W urządzeniu tym zwiększonemu przepływowi wody odpowiada większe otwarcie przepływu gazu. W przedziale zainstalowano również rozdzielacz do sterowania napełnianiem wodą układu ogrzewania wagonu i zbiorników.

Przedział ustępowy z umywalnią składa się z dwóch pomieszczeń. W jednym z nich znajduje się WC 4, a w drugim 5 umywalka oraz bateria prysznicowa z ciepłą i zimną wodą.

W przedziale kuchennym 6 znajdują się między innymi: instalacja gazowa z butlą o masie 11 kg i reduktorem gazowym, dwupalnikowa kuchenka (rys. 2) i grzejnik ciepłej wody, zlewozmywak, zestaw szafek na przybory kuchenne oraz chłodziarka o pojemności 125 1 (,,POLAR-125").

Przedział konwojenta 8 ma trzy miejsca do spania (na odchylnych kanapach). Przeciwległa ściana przedziału jest zabudowana meblościan-ką przeznaczoną do przechowywania bielizny, sprzętu gospodarczego i apteczki.

Dwa przedziały mieszkalne 9 są przeznaczone dla obsługi technicznej wagonu; są one dwuosobowe (rys. 3). Na ścianie przedziału przeciwległej do kanap umiejscowiono szafę do garderoby oraz obok niej ochylny stolik, a nad nim półkę i pojemnik do pościeli (rys. 4).

Rys. 4. Przedział mieszkalny ze stołem do pracy

 

 

Rys. 5. Kanapa we wnęce ściany przedziału konferencyjnego

 

Przedział konferencyjny 10 jest wyposażony w stół i sześć półmiękkich foteli oraz kanapę. Nad kanapą przewidziano jedno dodatkowe miejsce do spania (rys. 5). Przeciwległą ścianę zabudowano meblościanką z regałami i szufladami, a ponadto wyposażono w telewizor kolorowy (rys. 6) i urządzenie przyzewowe typu "TELVOX".

Do zasadniczych elementów wyposażenia przedziału pomiarowego 11 należą dwa stanowiska pomiarowe z aparaturą z zasilaniem elektrycznym oraz gniazdami przewodów pomiarowych (rys. 7). Przy tym, aparaturę tę można podzielić na dwie grupy. Do pierwszej z nich należą urządzenia pomiarowe zamontowane na stałe na stanowiskach, na przykład: "cardicmonitor", elektroniczne mierniki napięcia (rys. 8) oraz elektroniczny szybkościomierz i radiotelefon (rys. 9). Do drugiej grupy można zaliczyć urządzenia przenośne wstawiane w stanowiska pomiarowe na czas przeprowadzania badań, w zależności od rodzaju i charakteru badań.

Przedział pomiarowy został również wyposażony w szafy z aparaturą prądu stałego i przemiennego, zlokalizowane na ścianach działowych. W drzwiach tych szaf zabudowano: woltomierze do pomiaru napięć międzyfazowych i fazowych, woltomierze do pomiaru prądów ładowania i wyładowania baterii akumulatorów.

Wagon ma ogrzewanie wodne systemu grawitacyjnego i elektryczne konwekcyjne. W ogrzewaniu wodnym czynnikiem przenoszącym i przekazującym ciepło jest gorąca woda, podgrzewana w kotle węglem do temperatury około 100°C. Źródłem ciepła w tym systemie może też być para dostarczana do wężownicy kotła przewodem parowym z lokomotywy lub wagonu ogrzewczego. Gorąca woda przepływa od kotła przez wymiennik ciepła przewodami rozprowadzającymi, umieszczonymi pod sufitem wagonu, do grzejników w przedziałach i na korytarzu. Po przekazaniu ciepła do wnętrza, woda - dolnymi przewodami odprowadzającymi - spływa ponownie do kotła. Uzyskuje się więc zamknięty grawitacyjny cbieg cyrkulacji wody.

Wybór tego systemu został podyktowany przede wszystkim warunkami eksploatacji wagonu. W tym przypadku ogrzewanie wagonu jest możliwe nie tylko w czasie jazdy pociągu, lecz również przez dłuższy czas na postoju.

Oprócz ogrzewania wodnego wagon ma również ogrzewanie elektryczne. Ogrzewacze elektryczne mogą być zasilane prądem elektrycznym o napięciu 3000, 1500, 1000 V, z lokomotywy elektrycznej lub spalinowej wyposażonej w prądnicę.

W przedziale WC i przedziale kuchennym zastosowano ogrzewacze typu OB1512, w prze-' dziale konwojenta ogrzewacze typu OKI5.101, a w pozostałych przedziałach - typu OK136B. Całkowita moc ogrzewaczy zainstalowanych w wagonie wynosi 28,8 kW. Każdy przedział pasażerski jest wyposażony w termostat umożliwiający ręczne nastawienie temperatury 20° lub 22°C. Istnieje możliwość wyłączenia ogrzewania w każdym przedziale (poza korytarzem, przedsionkami i WC) indywidualnie osobnym wyłącznikiem, umieszczonym na tablicy wyłączników nad drzwiami.

Rys. 6. Mebloscianka z telewizorem kolorowym w przedziale konferencyjnym

 

Rys. 7. Tablice gniazd pomiarowych

 

Rys. 8. Regał pomiarowy z elektrycznymi miernikami napięcia 

 

Rys. 9. Regał pomiarowy z urządzeniami łączności i elektronicznym szybkościomierzem

W korytarzu i WC zastosowano termostaty nastawione jednorazowo na 23°C. Istnieje możliwość włączenia przełącznikiem ogrzewania w pozycji "1/4" tzw. ogrzewania postojowego. Wagon jest wtedy podgrzewany do 8°C.

Wagon jest wyposażony w typowe sprzęgi ogrzewania elektrycznego WN oraz elektryczny przewód przelotowy typu CLgG-K-3kV-185 mm2 w rurze aluminiowej zgodnie z BN-71/ /3512-09.

Przedziały są wentylowane przez kominki wyciągowe. W suficie przedziałów znajduje się szczelina wentylacyjna w oprawie lampy, łącząca przedział z komorą wentylacyjną. Wentylator wyciągowy, usytuowany na dachu wagonu, podczas jazdy wagonu zasysa powietrze z przedziału na zewnątrz.

W odmienny sposób zaprojektowano wymianę powietrza w przedziale maszynowym, gdzie układ wentylacji wykonano jako wymuszony z wentylatorem o napędzie elektrycznym, uruchamianym po włączeniu agregatu prądotwórczego.

Instalacja wody zimnej wagonu składa się z dwóch zbiorników aluminiowych o pojemności 500 1, układu ocynkowanych rur stalowych doprowadzających wodę do punktów jej poboru i urządzenia spustowego miski ustępowej. Zbiorniki wody pokryto z zewnątrz warstwą izolacii cieplnej..Poziom wody w zbiornikach jest sfinalizowany elektrycznymi wskaźnikami, z odczytem zdalnym. Napełnianie wodą zbiorników i instalacji ogrzewania jest możliwe z obydwóch stron wagonu przez znormalizowane złączki.

W odmienny sposób wykonano instalację wody ciepłej, która składa się również z układu rur stalowych, hydroforu o pojemności 300 1, termy gazowej ogrzewanej gazem propan-butan. Punkty poboru wody ciepłej są zlokalizowane w przedziale kuchennym, WC i umywalni.

W układzie zasilania prądu stałego zastosowano dwa generatory prądu stałego, 2 regulatory napięcia (wzbudzenia generatorów i oświetlenia oraz ograniczniki prądu generatorów) i 3 baterie akumulatorów, a w przypadku jej uszkodzenia lub nadmiernego wyczerpania - na trzecią baterię w zależności od położenia przełącznika baterii.

Ze względu na równomierne rozłożenie obciążeń należy pamiętać, aby z pierwszego zespołu była zasilana przetwornica wirująca, a z drugiego zespołu - pozostałe obwody.

Podczas postoju istnieje możliwość doładowywania poszczególnych baterii akumulatorów przez zabudowany pod wagonem prostownik, zasilany prądem trójfazowym z sieci zewnętrznej przez transformator separacyjny lub z generatora prądu przemiennego napędzanego silnikiem spalinowym. W wagonie wbudowany jest także prostownik jednofazowy, z którego można korzystać przy zasilaniu z sieci zewnętrznej jednofazowej. Wybraną baterię dołącza się do odpowiedniego prostownika za pomocą łączników warstwowych.

Wagon został wyposażony w agregat prądotwórczy typu PAD16, wbudowany w przedziale maszynowym. Z agregatu otrzymuje się prąd trójfazowy 3X380 V. Wagon ma gniazda dia zasilania z sieci zewnętrznej prądu przemiennego 3X380 V 50 Hz i 220 V 50 Hz. Wyłącznikie n warstwowym, wbudowanym na tablicy prądu przemiennego, można przełączać układ na zasilanie zewnętrzne lub zasilanie z agregatu prądotwórczego.

Instalacja wagonu jest oddzielona od sieci zewnętrznej transformatorami separacyjnymi trójfazowymi i jednofazowym.

Z instalacji prądu przemiennego są zasilane obydwa prostowniki oraz gniazda dla zasilan a aparatów pomiarowych.

W przedziałach konferencyjnych i pomiarowym oraz w obu przedsionkach wbudowane są aparaty (typu TL 2021 oraz TL2101) urządzeń głośnomówiących typu ,,TELVOX". Aparaty umożliwiają połączenie pomiędzy tymi przedziałami. Możliwe jest dokonanie połączeń z lokomotywą przez dodatkowy aparat typu "TELVOX".

Jednym z czynników pogarszających właściwości dynamiczne, a więc walory eksploatacyjne taboru kolejowego, jest niesymetryczne obciążenie ślizgów bocznych i zestawów kołowych spowodowane nierównomiernym rozmieszczeniem wyposażenia wnętrza oraz urządzeń pod pudłem wagonu.

W celu wyeliminowania tych niedogodności, w wagonie wykonano odpowiednie pomiary na stanowisku w Zakładach Przemysłu Metalowego H. Cegielski. Pomiary te polegały na usytuowaniu dynamometrów w trzech punktach pudła, to znaczy na podporach ślizgów bocznych i czopa Skrętu oraz odczytaniu rzeczywistych obciążeń. Aby zwiększyć dokładność ważenia, nadwozie wagonu było ważone dwukrotnie, przy czym jednopunktowe podparcie znajdowało się w przedniej lub tylnej belce skrętowej. Z uzyskanych odczytów wyliczono naciski dla każdego podpartego miejsca; przy czym były one średnimi arytmetycznymi obliczonych wartości. Tak otrzymane wyniki przeanalizowano i stwierdzono znaczną asymetrię obciążenia, dlatego też w celu wyeliminowania błędów dokonano dociążenia o masie około 2300 kg.

Badania spokojności biegu wagonu pomiarowego przeprowadzono na torach PKP o normalnym stanie utrzymania, to znaczy bez wyboru trasy i z różnymi prędkościami. Badania te odbyły się na trasie Warszawa - Koluszki - Warszawa - Łowicz - Kutno - Łowicz - Kutno - Poznań -- Szczecin - Poznań - Jelenia Góra - Wrocław. Ogółem wykonano 252 pomiary współczynników spokojności biegu w pionie Wz i poziomie Wy.

Rys. 10. Wykres współczynników spokojności biegu wagonu pomiarowego w funkcji prędkości

 

Do pomiaru spokojności biegu zastosowano przenośny miernik do bezpośredniego wyznaczania wskaźnika spokojności biegu, wykonany przez COBiRTK.
Z uzyskanych wyników pomiarów obliczono średnie wartości dla poszczególnych prędkości jazdy, a następnie sporządzono wykres przedstawiony na rysunku 10. Na podstawie wykresu można stwierdzić, że średnie wartości wskaźników spokojności biegu nie przekraczają wartości dopuszczalnych, określonych dla wagonów typu osobowego o wyższym standardzie i wyższym komforcie (W