104E , 204E, 205E

[zeus04]

BoBo typu 104E — do prowadzenia pociągów o masie 550 t z prędkością 140 km/h,
— BoBoBo typu 204E — do prowadzenia pociągów o masie 550 t z prędkością 160 km/h
i — w odmianie kontenerowej (zmiana przełożenia) — pociągów o masie 1800—2500 t
z prędkością 120 km/h,
— BoBo + BoBo typu 205E — do prowadzenia pociągów o masie 4000 t z prędkością 100
Można poczytać w Trakcja i Wagony 3/84
mgr inż. Jerzy Sobaś
mgr inż. Stefan Wróblewski
OBRPS Poznań
"Problemy techniczno-konstrukcyjne nowej generacji lokomotyw"
Pozdrawiam

--
Wysłano z serwisu OnetNiusy: http://niusy.onet.pl

[zeus04]

Witam i dziś polecam lekturę ww artykułu:

mgr inż. Jerzy Sobaś
mgr inż. Stefan Wróblewski

Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Pojazdów Szynowych w Poznaniu

Problemy techniczno-konstrukcyjne nowej generacji lokomotyw

UKD:629.423.1"415"
Podstawowe zadania i kierunki rozwoju transportu kolejowego do roku 1990,
opracowane przez resort komunikacji, przewidują (przyspieszony zakres
elektryfikacji oraz zwiększenie maksymalnych prędkości i masy pociągów.
Zadania te nie będą mogły być w pełni i optymalnie realizowane przez obecnie
produkowane pojazdy trakcyjne i dlatego zaistniała konieczność opracowania oraz
uruchomienia produkcji nowej generacji lokomotyw dużej mocy z nowym silnikiem
trakcyjnym i nowym podstawowym wyposażeniem.
Prace przygotowawcze były prowadzone już w latach 1970-1977. W ich wyniku
opracowano wiele wariantów rozwiązania problemu, uwarunkowanych jednak dużymi
nakładami finansowymi, zwłaszcza w odniesieniu do drugiego obszaru płatniczego.
Ostatecznie przyjęto następującą koncepcję przygotowania i uruchomienia
produkcji nowego typu lokomotyw (przy ograniczonej współpracy z ZSRR i
wykorzystaniu krajowych możliwości produkcyjnych):
- BoBo typu 104E - do prowadzenia pociągów o masie 550 t z prędkością 140 km/h,
- BoBoBo typu 204E - do prowadzenia pociągów o masie 550 t z prędkością 160 km/h
i - w odmianie kontenerowej (zmiana przełożenia) - pociągów o masie 1800-2500 t
z prędkością 120 km/h,
- BoBo + BoBo typu 205E - do prowadzenia pociągów o masie 4000 t z prędkością
100 km/h. Na podstawie tych założeń została opracowana, przez Ośrodek
Badawczo-Rozwojowy Pojazdów Szynowych (OBRPS), dokumentacja techniczna pierwszej
z tych lokomotyw - BoBo typu 104E o mocy 2920 kW i prędkości konstrukcyjnej 140
km/h. Dokumentacja ta jest podstawą do wykonania w 1984 roku dwóch prototypów
tej lokomotywy przez Fabrykę Wagonów "Pafawag" we Wrocławiu.
W trakcie opracowywania znajduje się projekt wstępny następnej lokomotywy -
BoBoBo typu 204E o mocy 4380 kW w odmianach na prędkość 120 km/h i 160 km/h, z
układami utrzymywania stałej prędkości (UPZ).
Właściwości trakcyjne
Dla określonych przez PKP danych wyjściowych (masy pociągów, wartości siły
przyspieszającej, warunków reprezentatywnych tras i oporów ruchu) zostały
określone parametry silnika trakcyjnego. Przewidziano zastosowanie silnika
trakcyjnego o mocy 730 kW produkcji "Dolmel".
Układ biegowy
Ze względu na fakt, że w rodzinie lokomotyw nowej generacji przewidywano
lokomotywy 4-osiowe i
6-osiowe, powstała myśl zastosowania do tych lokomotyw wspólnego wózka
dwuosiowego. Lokomotywy 4-osiowe byłyby budowane w układzie BoBo, 8-osio-wa BoBo
+ BoBo, a 6-osiowe w układzie BoBoBo. Podstawową trudnością w realizacji tej
idei jest układ BoBoBo. Ukształtowanie linii kolejowej w planie (łuki) i w
profilu (wklęsłości i wypukłości) stawia tu szczególne wymagania dla konstrukcji
usprężynowania i połączenia poprzecznego wózków z pudłem. Układ taki musi
sprostać również wymaganiom wynikającym z założonej prędkości maksymalnej 160
km/h. W rezultacie studiów teoretycznych problem ten rozwiązano przez:
- oparcie pudła na wózkach za pomocą długich wieszaków opierających się na
miękkich sprężynach śrubowych,
- zastosowanie w usprężynowaniu przyosiowym sprężyn śrubowych o dużym ugięciu
statycznym,
- zastosowanie dużych przesuwów poprzecznych wózków względem pudla (120 mm dla
wózka środkowego i 45 mm dla wózków skrajnych),
- zastosowanie sprzęgu międzywózkowego.
Taki układ zapewnia przejazd przez łuk fabryczny o promieniu 120 m, dobre
właściwości biegowe i dynamiczne na torach z promieniami luków 180 m oraz na
wklęsłościach i wypukłościach profilu szlaku o promieniu 300 m. Studia
teoretyczne wykazały, że układ ten nie ustępuje normalnie stosowanemu układowi
CoCo (a nawet go przewyższa), ze względu na oddziaływanie na tor, zabezpieczenie
przed wykolejeniem i spokojność jazdy.
Siły pociągowe przeniesiono z wózków na pudło za pomocą cięgieł pochylonych,
realizujących teoretyczny punkt przeniesienia sił trakcyjnych na poziomie główki
szyn, zapewniając w ten sposób maksymalne wykorzystanie ciężaru napędowego.
Pomyślne rozwiązanie układu BoBoBo umożliwiło zastosowanie wózków skrajnych tego
układu do lokomotyw 4-osiowych i 8-osiowych. Wózek środkowy układu BoBoBo różni
się od tych wózków jedynie wspornikami sprzęgu międzywózkowego i ogranicznikami
przesuwu poprzecznego. Uzyskano więc tu niemal pełną unifikację, zapewniającą
korzyści produkcyjne i eksploatacyjne.
Zespól napędowy
W wyniku porównania rozwiązań i prac teoretycznych Instytutu Pojazdów Szynowych
Politechniki Warszawskiej wybrano - w porozumieniu z użytkownikiem - zespół
napędowy o następujących cechach:
- całkowite usprężynowanie silnika i przekładni,
- mała wrażliwość napędu na odchyłki wykonawcze i zużycie elementów gumowych (6
cięgieł),
- dobre ukształtowanie kół bosych, możliwe dzięki małym gabarytom tulejek
gumowych mechanizmu,
- możliwość zastosowania kół monoblokowych,
- możliwość zabudowy w przyszłości hamulca tarczowego,
- mechanizm napędowy bez generacji sił poosiowych i skrętnych, działających na
wał drążony,
- małe gabaryty w kierunku poprzecznym, umożliwiające zmniejszenie szerokości
ramy wózka (rozstaw maźnic 2060 mm).
Zespół ten zostanie poddany badaniom na specjalnie budowanym w COBiRTK
stanowisku oraz na stanowiskach w OBRPS. Dla ułatwienia utrzymania napędu w
eksploatacji opracowano dokumentację oprzyrządowania do demontażu i montażu zespołu.
Pudło
W koncepcji pudła założono, że zastosowana zostanie wspólna kabina. Przeszkodą
do osiągnięcia tego celu były wymagania wynikające ze skrajni, ponieważ
występują tu lokomotywy o dużym rozstawie wózków skrajnych (11,640 m w
lokomotywach o układzie BoBoBo) i o rozstawie mniejszym (8,55 m w lokomotywach
BoBo).
Trudność tę pokonano, stosując odbijaki boczne przesuwu pudła przy wózkach
skrajnych. Wartość luzu tych odbijaków jest zależna liniowo od krzywizny
L/R toru -. W ten sposób odbijaki te zapewniają osiąg-
nięcie zamierzonego kształtu pudła i spełnianie warunków wpisywania się w łuk
lokomotywy 6-osiowej BoBoBo.
Istotną trudność stanowi spełnienie wymagań dotyczących podnoszenia lokomotywy
na tor po wykolejeniu. Wózek środkowy ogranicza tu możliwości wzmocnienia ostoi
w części środkowej, ponieważ dla zapewnienia jego przemieszczeń konieczne jest
zarezerwowanie dużej przestrzeni. Opanowanie tego problemu wymaga złożonych
obliczeń wytrzymałościowych i opracowania wielu wariantów rozwiązań. Duże szansę
stwarza obniżenie dolnej krawędzi ostojnic w rejonie środkowego wózka.
Układy rozruchu i jazdy
Przy projektowaniu obwodów głównych uwzględniono następujące czynniki:
- możliwie dużą liczbę pozycji rozruchowych,
- możliwie dużą elastyczność charakterystyki trakcyjnej, a zatem szeroki i
wielostopniowy zakres regulacji wzbudzenia,
- możliwość automatyzacji rozruchu i hamowania oraz prędkości zadanej.
Wymagania te w optymalnym stopniu mogłyby być spełnione przez tyrystorowe układy
impulsowe. Względy ekonomiczne wskazują na razie na celowość stosowania tych
układów jedynie w zespołach trakcyjnych typu podmiejskiego. Przyjęto więc
rozwiązanie obwodów głównych lokomotyw z klasycznym rozruchem oporowym, z
zastosowaniem indywidualnych styczników.
W lokomotywach 4-osiowych i 8-osiowych przejście z połączenia szeregowego na
połączenie równoległe odbywa się metodą mostkową, a w przypadku lokomotywy
6-osiowej przejście z połączenia szeregowego na szeregowo-równoległe i dalej na
połączenie równoległe metodą bocznikowania.
Po zwarciu wszystkich oporów rozruchowych jest możliwa jazda na 5 stopniach
bocznikowania wzbudzenia (90%, 60%, 33%, 44% i 37%), które razem z pełnym
wzbudzeniem (100%) dają w sumie 12 ekonomicznych stopni jazdy w przypadku
lokomotyw 4-
-osiowych i 8-osiowych, a 18 w przypadku lokomotyw 6-osiowych.
Ze spadku napięcia na wydzielonej części oporników podczas jazdy i hamowania są
zasilane silniki wentylatorów oporników rozruchu i hamowania, co umożliwia
uzyskiwanie intensywności chłodzenia oporników, proporcjonalnej do ich obciążenia.
Hamowanie elektrodynamiczne oporowe jest realizowane w układzie obcego
wzbudzenia silników trakcyjnych, których tworniki są połączone szeregowo i
zasilane z obcego źródła przez impulsowy przekształtnik tyrystorowy, zasilany
napięciem 110 V z prądnicy przetwornicy. Prąd wzbudzenia jest regulowany według
zasady utrzymania stałej sumy prądów wzbudzenia i prądu twornika silników
trakcyjnych, co pozwala w dużym zakresie prędkości utrzymywać prawie stały
przebieg siły hamującej.
Z uwagi na przyjęty silnik trakcyjny elementy wyposażenia są praktycznie nowo
zaprojektowanymi urządzeniami; w niewielkim stopniu zostały wykorzystane
urządzenia z dotychczasowej produkcji. Do prototypowych lokomotyw niektóre
urządzenia wyposażenia - jak np. styczniki elektropneumatyczne, przekaźniki
nadmiarowe i niektóre elementy oporników rozruchu i hamowania (taśmy, izolatory)
- zostały zakupione w ZSRR.
Hamowanie
Przewidywany zakres prędkości do 160 km/h spowodował konieczność zastosowania,
oprócz hamulca pneumatycznego, również hamulca elektrodynamicznego, co umożliwi
zmniejszenie zużycia obręczy kół i wstawek hamulcowych oraz zwiększenie
efektywności hamowania.
Zastosowany hamulec pneumatyczny typu Oerlikona będzie obejmował:
- hamulec samoczynny, współpracujący z hamulcem elektrodynamicznym do hamowania
lokomotywy z pociągiem,
- hamulec niesamoczynny, działający tylko na samą lokomotywę.
Niezależnie od tego, zastosowano hamulec postojowy typu hydraulicznego,
działający na każdy przedni zestaw kołowy lokomotywy. Pneumatyczne obwody są
zasilane za pomocą sprężarki tłokowej o wydajności 21115 m3/h, .przy ciśnieniu
tłoczenia powietrza 0,85 MPa. Nowością hamulca mechanicznego jest. zastosowanie
bloków hamulcowych na wózkach.
Duże trudności sprawiło rozwiązanie układu współpracy hamulca
elektrodynamicznego i pneumatycznego. Układ ten rozwiązano w dwóch wariantach. W
wariancie pierwszym zastosowano urządzenia firmy Oerlikon: zawór rozrządowy
LST-4-03 z analogowym
przetwornikiem ciśnienia i elektronicznym blokiem sterowania UTE. Układ ten
charakteryzuje się tym, że w czasie hamowania składu pociągu daje pierwszeństwo
w działaniu hamulcowi elektrodynamicznemu przed hamulcem pneumatycznym
lokomotywy, z zachowaniem automatycznego przestawiania się na hamowanie
pneumatyczne w wypadku awarii hamulca elektrodynamicznego. Wariant drugi został
opracowany na skutek trudności w otrzymaniu urządzeń z firmy Oerlikon (trudności
dewizowe). W wariancie tym urządzenia firmy Oerlikon zastąpiono opracowanym
przez OBRPS przekładnikiem ciśnieniowym z analogowym przetwornikiem
napięciowo-ciśnieniowym. Badania tego układu są w toku.
Automatyzacja
Jakkolwiek opracowana w 1981 roku dokumentacja konstrukcyjna lokomotywy 104E nie
zawierała układu utrzymywania prędkości zadanej (UPZ), to jednak w tym .samym
czasie opracowano odmianę tej lokomotywy z takim układem. Przy opracowywaniu
prototypowych urządzeń do lokomotywy 104E wykorzystano doświadczenia z układem
modelowym UPZ, przebadanym w lokomotywie EU07 nr 183. Zarówno projekt, jak i
prototypowe urządzenia są wykonywane przez OBRPS. Zakłada się, że układ UPZ
będzie zainstalowany już w jednym z dwóch prototypów lokomotywy 104E.
Układ utrzymania prędkości (UPZ) będzie zapewniać:
- automatyczne utrzymanie prędkości zadanej z dokładnością + 4 - 2 km/h
- stopniowe, co 10 km/h, zadawanie prędkości w pełnym zakresie prędkości lokomotywy,
- zadawanie różnych wartości prądu,
- płynne dochodzenie do prędkości zadanej (zarówno do "góry", jak i od "dołu"),
- przejście na jazdę z wybiegu,
- przejście priorytetowe, w każdej chwili, na hamowanie służbowe lub nagłe, bez
potrzeby uprzedniego wyłączenia UPZ,
- współpraca z urządzeniami wykrywania i likwidacji poślizgu,
- przejście na jazdę ręczną bez urządzeń układu UPZ.
Zastosowanie tego układu umożliwia zredukowanie do minimum ręcznej obsługi
urządzeń, wykonywanej przez maszynistę. Obsługa ta praktycznie będzie się
ograniczać do wybrania prędkości jazdy, określonej sytuacją ruchową i
parametrami lini kolejowej, oraz nastawienia określonej wartości siły rozruchowej.
Współpraca i kooperacja w produkcji lokomotyw
Producentem finalnym lokomotyw oraz pantografów będzie Fabryka Wagonów "Pafawag"
we Wrocławiu. Jako głównych kooperantów przewiduje się następujące zakłady:
- "Fablok"-Chrzanów - w zakresie zestawów kołowych, przekładni zębatej,
elementów mechanizmu
napędowego typu RBO-800 i aparatury hamulcowej,
- "Pomet"-Poznań - w zakresie sprężarek i odlewów maźnic,
- "Dolmel"-Wrocław - w zakresie maszyn elektrycznych,
- "Elta"-Łódź - w zakresie aparatów elektrycznych,
- ,.Apena"-Bielsko-Biala - w zakresie wyłączników szybkich,
- OBRPS - w zakresie UPZ i niektórych elementów hamulca (dla prototypów),
- Instytut Elektrotechniki - w zakresie przekształtnika tyrystorowego.
Pierwotnie przewidywano także stałą dostawę z ZSRR wielu zunifikowanych
aparatów, jak np. styczniki elektropneumatyczne, przekaźniki prądowe, niektóre
elementy oporników rozruchu i hamowania. Ostatecznie współpraca z ZSRR w tym
zakresie ograniczyła się do dostawy urządzeń tylko dla dwóch prototypów. W tej
sytuacji w zakładzie "Elta" zaistniała pilna potrzeba przyspieszenia prac nad
uruchomieniem urządzeń przewidzianych pierwotnie z importu z ZSRR.
Z przedstawionych danych wynika, że PKP otrzymają w niedalekiej przyszłości
rodzinę lokomotyw o następujących nowoczesnych cechach techniczno-eksploatacyjnych:
- silnik trakcyjny o mocy ciągłej 730 kW, którego zastosowanie umożliwi
prowadzenie pociągów pasażerskich z prędkościami do 160 km/h, a pociągów
towarowych z prędkościami do 120 km/h,
- zespół napędowy całkowicie odsprężynowany,
- wózek 2-osiowy z miękkim odsprężynowaniem za pomocą sprężyn śrubowych i
tłumików hydraulicznych, z dolnym przeniesieniem sił pociągowych, zapewniającym
maksymalne wykorzystanie ciężaru napędnego, i z zawieszeniem pudła na wózku typu
wieszakowego, umożliwiającym uzyskanie dobrych właściwości biegowych,
- hamulec elektrodynamiczny oporowy umożliwiający zwiększenie pewności ruchowej
lokomotyw, jak i oszczędność klocków hamulcowych,
- w większości nowe konstrukcje wyposażenia, a zwłaszcza oporników rozruchu i
hamowania o wskaźniku masowym 0,34 kg/kW,
- automatyzacja układu utrzymania prędkości zadanej (UPZ) umożliwiająca
zredukowanie do minimum ręcznej obsługi,
- kabina maszynisty uwzględniająca zasady ergonomii - łatwość prowadzenia
lokomotywy i wygodę obsługi.
Jedną z podstawowych idei opracowania rodziny lokomotyw była unifikacja, która
znalazła szczególny wyraz w odniesieniu do zespołu napędowego i wózka
- wspólnych dla całej rodziny lokomotyw.
Dalszym wyrazem unifikacji jest zastosowanie tych samych zespołów wentylacyjnych
silników trakcyjnych i oporników rozruchu oraz hamowania, a także podobieństwo
układu pudła i urządzeń. Wszystkie lokomotywy będą miały jednakowe kabiny
maszynisty.

"Trakcja i Wagony" nr 3/84