Loading

Współpraca naukowo-techniczna w zakresie standaryzacji taboru kolejowego

mgr inż. Adam Kalinkowski
kierownik pracowni w COBiRTK
inż. Bogusław Bober
st. specjalista w COBiRTK

"Trakcja i Wagony" Nr.11-12/1980

UKD:001.83: [629.43.001.5:006]

Prognozy rozwoju społeczno-gospodarczego krajów RWPG przewidują wzrastające badania dla transportu, a zwłaszcza dla transportu kolejowego, który jako najmniej energochłonny pozostanie nadal podstawowym środkiem transportu masowego. Wzrastające zaś wykorzystanie transportu kolejowego w ruchu międzynarodowym powoduje potrzebę unifikacji i standaryzacji taboru kolejowego, ułatwiających produkcję, eksploatację i naprawy.
Dlatego też w wyniku ustaleń Stałej Komisji Transportowej RWPG kraje uczestniczące podjęły współpracę naukowo-techniczną w zakresie wymagań techniczno-eksploatacyjnych i me-;od badań perspektywicznego taboru kolejowego, z uwzględnieniem typizacji, ujednolicenia standaryzacji. Program współpracy przewidywał między innymi opracowanie:
- wymagań techniczno-eksploatacyjnych na nowe (przyszłościowe) wagony towarowe i osobowe oraz pojazdy trakcyjne,
- ujednoliconych metod badań przyszłościowego taboru kolejowego,
- zaleceń w sprawie modernizacji wagonów towarowych w celu uzyskania zwiększonych prędkości i mas pociągów.
W niniejszym artykule omówiono niektóre ezultaty dotychczas zakończonych prac.

Organizacja prac

Funkcję koordynatora (Centrum Koordynacyjnego) prac objętych "Programem badań" spełnia Centralny Ośrodek Badań i Rozwoju Techniki Kolejnictwa PKP. Całością prac objętych porozumieniem, jak również pracami Centrum Koordynacyjnego, kieruje Rada Pełnomocników, w skład której wchodzą przedstawiciele wszystkich krajów -członków "Porozumienia".
Rada Pełnomocników na swoich corocznych posiedzeniach ustala szczegółowe roczne plany pracy, kontroluje i ocenia przebieg ich realizacji oraz zatwierdza ostatecznie zakończone etapy prac, rozpatrzone uprzednio na naradach specjalistów.W realizacji programu uczestniczą czynnie stytuty naukowo-badawcze resortów komunikacji poszczególnych krajów oraz inne placówki naukowe i uczelnie.

Wymagania techniczno-eksploatacyjne dla przyszłościowego taboru kolejowego

W wyniku wykonanych analiz obecnego stanu rozwoju techniki w zakresie pojazdów szynowych w krajach członkowskich RWPG oraz innych krajach, uznano za konieczne, aby w dalszych pracach przyjąć następujące wytyczne kierunkowe:
- zwiększenie prędkości jazdy,
- zwiększenie masy pociągów,
- podniesienie komfortu podróżowania,
- zwiększenie mocy lokomotyw,
- zwiększenie niezawodności pracy taboru i jego elementów,
- zwiększenie intensywności wykorzystania taboru.
Ustalono, że opracowywany perspektywiczny tabor kolejowy musi być dostosowany do następujących prędkości jazdy:
- w ruchu pasażerskim międzyregionalnym i międzynarodowym -do prędkości 160-200 km/h,
- w ruchu towarowym -do prędkości 120 km/h, a nawet 140 km/h -dla taboru przewidzianego do kursowarna w pociągach ekspresowych towarowych.
Wprowadzenie sprzęgów samoczynnych pozwoli na zwiększenie masy pociągów do 4 lub 5 tys. ton brutto. Będzie to możliwe dzięki zwiększonej wytrzymałości tego sprzęgu w stosunku do dotychczasowego sprzęgu śrubowego. Prowadzenie takich pociągów będzie wymagać lepszego wykorzystania pozostającej do dyspozycji długości torów stacyjnych przez wprowadzenie wagonów o zwiększonej' ładowności, obniżonej masie własnej, a więc wagonów wózkowych w miejsce wagonów 2-osiowych oraz wykonywanie wagonów z nowych materiałów konstrukcyjnych o wyższej wytrzymałości i zwiększonej odporności na korozję.
Występuje także tendencja do podnoszenia nacisków na oś -stosowanie nacisków 20 t w całym zakresie prędkości aż do 120 km/h włącznie (dotychczas naciski przy prędkościach 120 km/h były ograniczone do 16 t/oś), a w przyszłości, na wybranych liniach kolejowych, do 22 t, a być może nawet 24 t/oś.Wymagać to będzie oczywiście stosowania lo-)tyw o zwiększonych mocach od 6000 do kW.

Przewidując, że stopień intensywności pracy taboru towarowego będzie nadal wzrastać, konieczne jest stosowanie konstrukcji o wysokim stopniu niezawodności, co osiągnąć można i dalszą unifikację części i zespołów wagonów stosowanie rozwiązań standardowych poszczególnych zespołów, dostosowanie konstrukcji wagonów do przyszłościowego modelu utrzymania i napraw opartych na wymianie całych zespołów, wydłużeniu okresów międzynaprawczych i skracaniu czasu pozostawania w na-ie. Przy przewidywaniu tak intensywnej tak będzie uzasadnione skracanie czasu eksploatacji wagonów do 20-30 lat, tj. do okresu idnionego względami nie tylko technicznymi ,ale także ekonomicznymi. Wzrost intensywności pracy taboru będzie wynikać z jednej strony ze zwiększania prędkości jazdy i zwiększenia załadunku wagonów, a z drugiej strony ze skracania postoju wagonów dla ich ładunku i rozładunku. Wymagać to będzie zmian strukturalnych parku wagonów towarowych i przez coraz większy w nim udział wagonów specjaliżowanych, dostosowanych do mechanizacji prac ładunkowych o konstrukcji dodanej do rodzaju przewożonego ładunku, aczny udział przewozów w kontenerach będzie wymagać użycia specjalnego taboru o wysokich parametrach technicznych.W dziedzinie przewozów pasażerskich potęguje się dążenie do zapewnienia coraz wyższego komfortu podróżowania. Na komfort ten składa się, obok zapewnienia właściwych warunków samej podróży, takich jak: niski poziom drgań i hałasu, określony mikroklimat we wnętrzu wagonu, dobre oświetlenie i estetyczny wygląd pojazdu, także zapewnienie możliwie krótkiego czasu podróży, pełnego bezpieczeństwa podróży oraz zaspokojenie potrzeb gastronomicznych i rozrywkowych.Wymagania pasażerów są oczywiście zróżnicowane w zależności od czasu trwania podróży, odległości i celu podróży. Najwyższy komfort więc wymagany w przewozach międzyregionalnych i międzynarodowych, na odległości powyżej 300 km i w czasie podróży powyżej 2-3 godzin.
W dziedzinie taboru trakcyjnego prowadzi modernizację trakcji przez wprowadzanie trakcji elektrycznej i spalinowej, a następnie największe wykorzystywanie wszystkich walorów, jakie one stwarzają, a więc możliwości:
-znaczengo podwyższenia prędkości jazdy pociągów
-zwiększenia masy pociągów ,zwłaszcza w ruchu towarowym
Zarysowują się już granice podziału zadań między tymi trakcjami. Kształtują się one różnie w poszczególnych krajach i są uzależnione kładu sieci kolejowej, geografii gospodarczej bogactw naturalnych i wielu innych czynników. Uogólniając, można stwierdzić, że podział zadań między trakcją elektryczną i spalinową kształtuje się w ten sposób, że są elektryfikowane linie główne o największym obciążeniu, linie o najtrudniejszym profilu oraz linie o dużym nasileniu ruchu pociągów, np. linie ruchu podmiejskiego, a pozostałe linie są obsługiwane trakcją spalinową.
Jest sprawą oczywistą, że do wykonywania pracy przewozowej w nowych warunkach jest potrzebny również odpowiedni tabor trakcyjny. Zarysowujące się znaczne zróżnicowanie parametrów eksploatacyjnych poszczególnych rodzajów przewozów: szybkie pociągi towarowe, ciężkie pociągi towarowe, pociągi ekspresowe, przewozy podmiejskie - w aglomeracjach itp., będzie wymagać stosowania specjalistycznego taboru trakcyjnego.
Reasumując, można stwierdzić, że spośród wszystkich czynników wpływających na rozwój techniczny taboru kolejowego znaczenie najważniejsze należy przypisać czynnikom związanym z:
- racjonalizacją procesu przewozowego,
- dążeniem do zwiększenia trwałości, niezawodności i dogodności obsługi technicznej taboru,
- możliwościami, jakie stwarzają nowe materiały konstrukcyjne.
Wywołany tymi czynnikami rozwój taboru jest wyraźnie ukierunkowany: 
w zakresie wagonów towarowych - na budowę wagonów o zwiększonej ładowności, większej liczbie osi, lepszych właściwościach dynamicznych, specjalizacji typów wagonów do o-kreślonych przewozów i technologii prac ładunkowych,
w zakresie wagonów pasażerskich - na podnoszenie prędkości jazdy i komfortu podróży, w zakresie lokomotyw - na zwiększenie mocy i prędkości.
We wszystkich rodzajach taboru jest wspólne dążenie do uzyskania większej trwałości oraz do unifikacji zespołów i części w celu dostosowania taboru do nowoczesnych metod utrzymania.W opracowanych wymaganiach techniczno-eksploatacyjnych na przyszłościowy tabor kolejowy uwzględniono, w miarę możliwości, wszystkie te potrzeby i kierunki.

Wagony towarowe

Opracowano katalog obejmujący szczegółowe wymagania techniczno-eksploatacyjne dla 27 typów wagonów będących przedmiotem zainteresowania co najmniej dwu lub więcej krajów współpracujących. Absolutną większość stanowią wagony wózkowe (łącznie 24 typy) i specjalizowane, które dzięki rozwiązaniom konstrukcyjnym, takim jak: rozsuwany dach, rozsuwane ściany, itp. umożliwiają łatwy i szybki zmechanizowany załadunek i wyładunek.
Opracowując wymagania techniczno-eksploatacyjne dla wagonów towarowych, przyjęto uzasadnioną względami unifikacyjnymi zasadę wykorzystania, gdy jest to możliwe, rozwiązańkonstrukcyjnych wagonów już opracowanych w ramach UIC/ORE, względnie przyjmowania parametrów wagonów ujednoliconych przez OSZD oraz UIC/ORE. Pomimo takiego założenia, potrzeby krajów socjalistycznych, zwłaszcza w zakresie wagonów specjalizowanych, są znacznie większe, wobec czego 10 typów wagonów przedstawionych w katalogu nie jest znormalizowanych przez żadną z międzynarodowych organizacji kolejowych.
"Przewiduje się, że wagony towarowe będą konstruowane na naciski 20 t/oś i prędkość jazdy 120 km/h, a nawet (wagony do przewozów kontenerów) dla prędkości jazdy 140 km/h.

Wagony osobowe

W wymaganiach techniczno-eksploatacyjnych dla wagonów osobowych przewidziano, aby na bazie jednego typu wagonu (dla kolei 1435 mm - typ Z standaryzowany w ramach UIC i RWPG; dla kolei 1520 mm - typ ujednolicony w ramach SŻD o długości 27,08 m) budować całą rodzinę wagonów osobowych, a więc:
- wagony I i II klasy z miejscami do siedzenia,
- wagony sypialne, restauracyjne, bufetowe, z miejscami do leżenia,
- wagony pocztowe, bagażowe, bagażowo--pocztowe,
- wagony do przewozu samochodów w pociągach osobowych.
Wagony dwu pierwszych grup są przewidziane do realizacji w dwóch wariantach: dla prędkości 160 km/h i 200 km/h. Wagony trzeciej grupy są przewidziane dla prędkości 160 km/h. Wymagania techniczno-eksploatacyjne uwzględniają:
- wagony z miejscami do siedzenia w układzie przedziałowym lub bezprzedziałowym,
- nowoczesność rozwiązań konstrukcyjnych,
- zwiększenie powierzchni przypadającej na jednego pasażera,
- niski poziom hałasu wewnątrz wagonu,
- zastosowanie nowoczesnego systemu ogrzewania lub klimatyzacji,
- intensywne oświetlenie,
- wygodne fotele,
- zapewnienie dużej spokojności biegu wagonu,
- zdalne sterowanie zamykaniem drzwi i samoczynną ich blokadę, uniemożliwiającą o-twarcie podczas jazdy.
Należy podkreślić, że wymagania techniczne na wewnętrzne wyposażenie wagonów sypialnych i restauracyjnych zostały opracowane przez Centrum Koordynacyjne przedsiębiorstw wagonów sypialnych i restauracyjnych znajdujące się w Budapeszcie. Wymagania techniczno-eksploatacyjne opracowano dla 23 typów wagonów osobowych.

Pojazdy trakcyjne

Znaczne zróżnicowanie parametrów eksploatacyjnych poszczególnych rodzajów przewozów będzie wymagać stosowania specjalistycznego taboru trakcyjnego.O ile duża różnorodność typów lokomotyw spalinowych wynika ze znacznego zróżnicowania parametrów eksploatacyjnych poszczególnych rodzajów przewozów na terenie współpracujących krajów, o tyle dla trakcji elektrycznej decydujące znaczenie ma system elektryfikacji przyjęty w danym kraju.

 

System elektryfikacji Kraj
prąd stały 3 kV CSRS, Polska, ZSRR
prąd przemienny
15 kV, 16 2/3 Hz
NRD
prąd przemienny
25 kV, 50 Hz
 Bułgaria, CSRS, Rumunia,
 Węgry, ZSRR

 

Użytkowane w poszczególnych krajach elektryczne pojazdy trakcyjne różnią się podstawowo właściwościami rozwiązań konstrukcyjnych, w zależności od przyjętego systemu elektryfikacji. Niemniej jednak, bez względu na różnice w systemie zasilania pojazdów, ich parametry techniczno-ruchowe są i będą zbliżone. Należy przypuszczać, że do obsługi ruchu międzynarodowego, zwłaszcza pasażerskiego, zaistnieje konieczność budowy pewnej liczby lokomotyw wielosystemowych, które będą mogły pracować w każdym z wymienionych systemów elektryfikacji.Wymagania techniczno-eksploatacyjne opracowano dla lokomotyw manewrowych, towarowych, uniwersalnych, pasażerskich - odrębnie dla każdego rodzaju trakcji, tj. spalinowej i elektrycznej.

Metodyki badawcze

Zgodnie z programem opracowano również jednolite metodyki badawcze, niezbędne dla kompleksowej oceny spełnienia wymagań techniczno-eksploatacyjnych nowo budowanego taboru kolejowego, jak również sprawdzenia przydatności tego taboru w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych. Jednolite metodyki badawcze zapewniają porównywalność wyników pomiarów, uzyskanych przez różne ośrodki badawcze.Po głębokiej analizie opracowano 80 unifikowanych metodyk badawczych dla taboru kolejowego, zgrupowanych w pięciu grupach tematycznych.

Badania części mechanicznych

Opracowano 21 metodyk badawczych dotyczących: określenia nacisków kół na szyny, środka ciężkości pojazdu i momentu jego bezwładności, kontroli skrajni taboru, sprawdzenia przejazdu taboru przez łuki torów i wjazdu na promy, statycznych i dynamicznych badań wytrzymałościowych, określenia stopnia bezpieczeństwa przed zejściem kół z szyn, badań momentu oporowego wózka względem nadwozia, określania drgań własnych taboru oraz drgań na taborze, badań ruchowych, charakterystyk stanu toru na odcinkach dla prowadzenia badań, oddziaływania taboru na tor.

Badnia części elektrycznych

Opracowano 32 metodyki badawcze dotyczące badań: rezystancji izolacji, wytrzymałości trycznej izolacji obwodów, odbioru prądu lian napięcia zasilającego, przy zwarciu w sieci trakcyjnej lub wewnątrz pojazdu, działania hamulca elektrycznego, nagrzewania oporów rozruchowych i hamujących, urządzeń do ładowania baterii akumulatorów i ich zdolności rozruchowych w niskich temperaturach, nagrzewania silników trakcyjnych oraz innych silników, charakterystyki prądnicy głównej, pomocniczych układów elektrycznych, zabezpieczenia od atmosferycznych i komutacyjnych pięć w elektrycznym pojeździe trakcyjnym.

Badania trakcyjne i cieplne

Opracowano 13 metodyk badawczych dotyczących określenia: charakterystyk pociągowych, granicy przyczepności,charakterystyk mocy , zużycia paliwa i energii elektrycznej, oporów ruchu, współczynnika bezwładności mas wirujących; badań: warunków klimatycznych wewnątrz pojazdów, systemu chłodzenia silników spalinowych, nagrzewania przekładni hydraulicznych i mechanicznych; pomiarów przyspieszeń przy rozruchu i opóźnień przy hamowaniu elektrycznych zespołów trakcyjnych.

Badania hamulców

Opracowano 5 metodyk badawczych dotyczących badań:stacjonarnych i podczas jazdy ,urządzeń przeciwpoślizgowych,współdziałania hamulca pneumatycznego i elektrycznego ,hamulca szynowego.

Badania ogólne 

Opracowano 9 metodyk badawczych dotyczących badań: łatwości obsługi taboru przez personel, urządzeń łączności i sygnalizacji, zakłóceń urządzeń zrk i łączności, oświetlenia, hałasu wewnątrz i na zewnątrz pojazdu, urządzeń zasilania wagonów w wodę, szczelności pudła, zabezpieczenia antykorozyjnego i malowania, urządzeń przeciwpożarowych.
Większość z opracowanych metodyk badawczych stanowi oryginalne osiągnięcia instytutów krajów współpracujących i nie ma pierwowzorów w światowej technice pomiarowej.

Modernizacja taboru

Zagadnienie to podjęto z myślą o opracowaniu przesłanek dla dostosowania taboru kolejowego już eksploatowanego do współpracy z taborem nowym w celu uzyskania zwiększonych prędkości i ciężarów pociągów. W wyniku przeprowadzonej analizy możliwości i celowości dokonywania modernizacji taboru kolejowego uznano za słuszne ograniczenie tego tematu do opracowania wniosków w sprawie modernizacji niektórych węzłów czy zespołów wagonów towarowych. W ramach tego tematu wykonano projekty, prototypy, przeprowadzono badania i opracowano sprawozdania końcowe dotyczące:
- modernizacji zestawów kołowych,
- wykorzystania materiałów z tworzyw sztucznych w wagonach towarowych,
- resorów i zawieszenia w celu zwiększenia ich trwałości,
- zwiększenia wytrzymałości ram wagonów towarowych.