Archiwum Trakcji i wagonów - Wymagania konstrukcyjno-eksploatacyjne stawiane elektrycznym zespołom trakcyjnym z punktu widzenia potrzeb eksploatacyjnych PKP
zeus04
mgr inż. Wojciech Bogdański
kierownik Pracowni Pojazdów Trakcyjnych w COBiRTK w Warszawie
Wymagania konstrukcyjno-eksploatacyjne stawiane elektrycznym zespołom
trakcyjnym z punktu widzenia potrzeb eksploatacyjnych PKP
http://www.fotosik.pl/pokaz_obrazek/6894399d39a37e2f.html
http://www.fotosik.pl/pokaz_obrazek/pelny/4642c972591e8790.html
http://www.fotosik.pl/pokaz_obrazek/pelny/f693f118ffcce8ea.html
http://www.fotosik.pl/pokaz_obrazek/pelny/4176214c4c0f812e.html
http://www.fotosik.pl/pokaz_obrazek/pelny/30da5a0896705a78.html
Kolej, zwłaszcza zaś kolej zelektryfikowana, jako środek masowego transportu
towarów i pasażerów przeżywa obecnie na całym świecie swój renesans.
Przyczyną tego jest ciągły wzrost cen paliw płynnych, który - przy względnej
stabilności cen energii elektrycznej - stawia pod znakiem zapytania
ekonomiczną celowość rozwoju innych rodzajów transportu masowego.
Przy ogólnej długości sieci PKP liczącej ok. 24 tyś. km, dysponując pod
koniec roku 1980 ok. 6868 km (28,1%) długości sieci zelektryfikowanej,
koleje polskie skoncentrowały na tej części sieci ok. 60% przewozów
pasażerskich i towarowych. Dalsze zwiększenie możliwości
przewozowych PKP musi wiązać się z dalszą elektryfikacją sieci, modernizacją
nawierzchni, układów zasilania i zrk, a niekiedy budową nowych lub
modernizacją istniejących ciągów transportowych na najbardziej obciążonych
kierunkach. Przyhamowana w ostatnich latach do 200 km rocznie elektryfikacja
musi powrócić do pierwotnego tempa 400 km linii rocznie, a następnie
przekroczyć je do 500 km rocznie.
Obecny stan konstrukcji elektrycznych zespołów trakcyjnych w kraju
Obecnie w eksploatacji na PKP znajdują się elektryczne zespoły trakcyjne
produkcji krajowej i pochodzenia zagranicznego, przystosowane zarówno do
wysokich (serie EW53 - 55), jak i niskich peronów (EN56, 57). Praktycznie
wszystkie serie zespołów mają układ 3-wagonowy i wagony o długości rzędu 22
m, co pozwoliło na unifikację długości torów postojowych i stanowisk
przeglądowych w elektrowozowniach oraz stanowisk naprawczych w ZNTK w Mińsku
Mazowieckim. Rysunek 1 przedstawia w układzie procentowym obecną strukturę
wieku tych zespołów. Wiek ponad połowy parku wynosi do 10 lat. Jedynie ok.
12% parku liczy lat 20 lub więcej. Są to stosunkowo niewielkie liczebnie
serie EW53 - 55 i EN56. W miarę dostaw nowego taboru są one - i będą nadal -
sukcesywnie wycofywane z eksploatacji bądź z braku części zamiennych (np.
EW53), bądź wskutek fizycznego zużycia konstrukcji (EW54).
Przeważającą liczebnie serię - spośród obecnie eksploatowanych - stanowią
zespoły EN57 o mocy ciągłej ok. 600 kW, produkowane nieprzerwalnie od blisko
dwudziestu lat przez wrocławski "Pafawag". Są one konstrukcyjnie
przeznaczone do obsługi przewozów lokalnych na liniach z niskoperonowymi
przystankami.
Pod względem wyposażenia elektrycznego zespoły EN57 reprezentują rozwiązania
tradycyjne, jednak nadal dość dobrze spełniają swe funkcje, obsługując ruch
lokalny w rejonach Krakowa, Katowic i Wrocławia. Z uwagi jednak na brak
bardziej odpowiedniego taboru zespoły te z konieczności skierowano również
do obsługi ruchu miejskiego (Trójmiasto) i podmiejskiego (Warszawa), co
stwarza już dla PKP wiele istotnych problemów eksploatacyjnych. Problemy te
występują szczególnie ostro w aglomeracji Gdańsk - Gdynia, gdzie charakter
linii typu SKM (gęste przystanki, a więc częste intensywne rozruchy) wpływa
ujemnie na stan techniczny taboru, powodując przegrzewanie silników i
rezystorów rozruchowych,
konstrukcyjnie zaś nieprzystosowanie wagonów do wymagań ruchu typu SKM (zbyt
mała liczba drzwi zewnętrznych, oddzielenie przedsionka od przedziału
drzwiami wewnętrznymi, wejścia niskoperonowe przy peronach wysokich itp.)
znacznie utrudnia szybką wymianę pasażerów na przystankach, zwiększając
konieczny czas postoju, a więc obniżając prędkość handlową pociągów.
Trzeba tu stwierdzić, że PKP - już w początkowym okresie dostaw zespołów
EN57 - przewidywały potrzebę przyszłej wymiany istniejących zespołów
wysokoperonowych w aglomeracjach gdańskiej i warszawskiej na tabor
nowocześniejszy. Wynikiem tego było opracowanie przez COBiRTK (w 1964 r.)
wymagań techniczno-eksploatacyjnych na takie zespoły. Ich koncepcja, w toku
bezpośrednich uzgodnień miedzy PKP i przemysłem taboru kolejowego, ulegała
ciągłym korektom, m.in. wskutek konieczności uwzględnienia możliwości tego
przemysłu, podjęcia przez przemysł elektrotechniczny prac nad impulsowymi
układami regulacyjnymi itp. W rezultacie wybrano układ wagonów s + d + s z
silnikami o mocy ciągłej 206 kW (moc ciągła zespołu ok. 1650 kW),
przystosowanymi do hamowania elektrodynamicznego rezystorowego.
Uwzględniając specyfikę impulsowego układu regulacyjnego, zdecydowano się
zastosować w każdym z dwóch wagonów napędnych szeregowy układ silników
trakcyjnych, wstępnie przewzbudzonych i przez to charakteryzujących się
stosunkowo nisko leżącą charakterystyką naturalną. W rezultacie w 1975 r.
"Pafawag" przekazał PKP prototypy zespołu EW58 (3WE): Podczas badań wykazały
one jednak wiele znacznych usterek konstrukcyjno-eksploatacyjnych.
Zasadnicze niedomagania zespołu to: jego znaczna masa własna (ok. 174 t
wobec ok. 125 t w zespole EN57), duża uszkadzalność maszyn trakcyjnych,
nieskuteczne hamowanie elektrodynamiczne itp. Ponadto wobec niedotrzymania
przez przemysł elektrotechniczny planowanych uprzednio terminów uruchomienia
produkcji impulsowych układów regulacyjnych, w zespole EW58 zastosowano z
konieczności rozruch rezystorowy, co przy szeregowym nieprzełączalnym
układzie silników trakcyjnych wywołało znaczną energochłonność tego taboru.
Moc rozwijana podczas rozruchu przez 9-wagonowy pociąg złożony z zespołów
EW58 osiąga 9 MW, a więc wartość przekraczającą możliwości typowych
podstacji PKP. Z powodu zaistniałego w międzyczasie kryzysu energetycznego
czynnik ten narzucił użytkownikowi zespołów EW58 nowy punkt wadzenia na ich
przydatność w obecnych warunkach PKP. Seryjne dostawy zespołów EW58
kierowane do węzła gdańskiego nadal - pomimo starań dostawcy - wykazywały te
same usterki. W rezultacie, z powodu zdecydowanie negatywnej oceny tych
zespołów przez eksploatację, po dostarczeniu dla PKP ok. 30 sztuk przerwano
dalszą ich produkcję. Obecnie są kontynuowane prace nad modernizacją tych 30
zespołów w celu doprowadzenia ich do należytego stanu
technicznego. Tak więc obecnie podstawowym typem zespołu trakcyjnego na PKP
jest nadal EN57. Obecne perspektywy wprowadzenia do eksploatacji na PKP
nowych konstrukcji zespołów trakcyjnych będą omówione dalej.
Prognoza rozwoju przewozów pasażerskich na PKP
Prognoza rozwoju przewozów pasażerskich na PKP przewiduje ich podział na 5
odrębnych podsystemów przewozowych. Układ i najważniejsze dane dotyczące
tych podsystemów w perspektywie przedstawia tablica 1.
Przyjęty przez PKP rozdział przewozów pasażerskich na 5 podsystemów (tabl.
1) pokrywa się z ogólnie przyjętym podziałem ruchu pasażerskiego ze względu
na jego zasięg, charakter i zadania. W warunkach Polski można go sprowadzić
do 4 następujących grup: - ruch dalekobieżny (PM, PE, PP), którego cechy
narzucają w stosunku do taboru wymagania dużego zasięgu (przebiegów),
stosunkowo długich przelotów między zatrzymaniami, dużej prędkości jazdy i
odpowiedniego komfortu podróżowania; będzie on realizowany w przyszłości
jedynie trakcją elektryczną;
- ruch lokalny (PR), odbywający się między równorzędnymi większymi
skupiskami ludności, przy zasięgu rzędu od 100 do 200 km i rozmieszczeniu
przystanków co 5 - 10 km; swym zasięgiem obejmie on zarówno linie
zelektryfikowane, jak i docelowo nie przewidziane do elektryfikacji;
- ruch podmiejski (PA), obsługujący przewozy pasażerskie w rejonach
przyległych do dużych aglomeracji, przy zasięgu rzędu 50 km i rozmieszczeniu
przystanków co 2-5 km. Aby zobrazować zakres i wielkość przewozów - w
poszczególnych podsystemach - przytoczymy jeszcze wskaźniki charakteryzujące
stan przewozów obecny i przewidywany w przyszłości. Procentowe udziały
przewozów w tych podsystemach będą - wg przewidywań - kształtować się
następująco (licznik - liczba pasażerów, mianownik - liczba
pasażerokilometrów - tabl. 2).
Z danych w tablicy 2 wynika, że obecnie przewozy w podsystemach PR i PA
stanowią ok. 95% wszystkich przewozów pasażerskich i ok. 55% całej pracy
przewozowej PKP w ruchu pasażerskim. Taki udział przewozów krótko i
średniodystansowych w ogólnych przewozach pasażerskich PKP pozostanie
praktycznie stały do roku 2000 (rys. 2). Ponieważ przewozy te są i będą
nadal już w dużym stopniu realizowane zasadniczo przez elektryczne zespoły
trakcyjne, jest rzeczą oczywistą, że szybki i właściwy rozwój konstrukcji
tych zespołów ma podstawowe znaczenie dla sprawnej i skutecznej obsługi
kolejowego ruchu pasażerskiego.
Jak widać z tablicy 1, za pomocą elektrycznych zespołów trakcyjnych będą
docelowo realizowane przewozy w podsystemach PE, PR i PA, pociągi zaś
złożone z lokomotywy i wagonów osobowych będą obsługiwać podsystemy PM i PP.
Ten pogląd PKP jest zgodny z praktyką innych zarządów kolejowych. O ile
koncepcja obsługi elektrycznymi zespołami trakcyjnymi przewozów podmiejskich
i lokalnych nie budzi wątpliwości, to skierowanie takich zespołów do obsługi
podsystemu PE może wymagać dodatkowego uzasadnienia. Uzasadnienie to wynika
zarówno z przyjęcia - z pozytywnym jak dotąd wynikiem - takiego systemu
obsługi przewozów ekspresowych, np. w Japonii, Francji, Wielkiej Brytanii
czy RFN, jak również z cech, jakimi powinien charakteryzować się tabor do
pasażerskiego ruchu ekspresowego, tj.: możliwie dużą prędkością maksymalną i
techniczną, małymi naciskami zestawów kołowych na tor, wysokim komfortem
podróżowania oraz możliwością stosowania zmienności składu pociągu. Pierwsze
dwie cechy narzucające konieczność zainstalowania w pociągu dużej mocy na
cele trakcyjne, przy niewielkiej masie wagonów (a więc ograniczeniu
przyczepnością), jednoznacznie wskazują na zespoły trakcyjne jako tabor
mogący sprostać tym zadaniom.
Czynniki mające wpływ na formułowanie wymagań
konstrukcyjno-eksploatacyjnych, stawianych nowym pojazdom trakcyjnym PKP
Opracowanie wymagań techniczno-eksploatacyjnych dla nowych typów pojazdów
trakcyjnych jest w warunkach PKP przedsięwzięciem trudnym i złożonym. Wymaga
ono bieżącego śledzenia światowych tendencji w tym zakresie oraz znajomości
rozwiązań zastosowanych w konstrukcjach przodujących. Z drugiej strony
wymaga ono dokładnego rozeznania w zakresie przyszłych warunków
eksploatacyjnych na PKP, i potrzeb klientów kolei oraz uwzględnienia
realnych możliwości przemysłu taboru kolejowego i przemysłów z nim
kooperujących, W koncepcji konstrukcji nowego taboru trakcyjnego muszą być
ponadto uwzględnione obowiązujące normy PN, UIC, IEC, OSŻD, doświadczenia
ORE, zalecenia standaryzacyjne RWPG oraz przepisy eksploatacyjne,
przeciwpożarowe i bhp, obowiązujące w przedsiębiorstwie PKP. Przy
opracowywaniu konstrukcji powinny być również uwzględnione warunki
klimatyczne występujące w Polsce. Istotne jest też uwzględnienie potrzeb
możliwie znacznej unifikacji podzespołów stosowanych w tym taborze, co
bardzo ułatwia użytkownikowi prace utrzymaniowo-naprawcze.
Biorąc pod uwagę, że w warunkach polskich w zakresie przemysłu taboru
kolejowego panuje typowy rynek producenta, że w skrajnych wypadkach od
przekazania z PKP do przemysłu wymagań techniczno-eksploatacyjnych na nowy
tabor do zbudowania jego prototypu mija wiele lat i że wreszcie - z przyczyn
obiektywnych - wiele pierwotnie planowanych i uzgodnionych rozwiązań węzłów
konstrukcyjnych nie zostaje następnie wdrożonych do produkcji seryjnej, a
trzeba stosować rozwiązania zastępcze, nic dziwnego, że pierwotna koncepcja
taboru często bardzo znacznie rozmija się z jego późniejszą praktyczną
realizacją.
PKP i jego zaplecze naukowo-badawcze, tj.: COBiRTK ma od wielu lat pełną
jasność co do potrzeb w zakresie nowych typów taboru trakcyjnego w tym -
nowych typów elektrycznych zespołów trakcyjnych. Problem sprowadza się
praktycznie do uzyskania odpowiedzi na pytania, w jakim stopniu opracowana
przez PKP koncepcja nowej generacji elektrycznych zespołów trakcyjnych jest
realna do produkcyjnego wdrożenia w krajowym przemyśle taboru kolejowego i
kiedy wdrożenie to nastąpi.
Zakres wymagań techniczno-eksploatacyjnych na nowe rodzaje kolejowych
pojazdów szynowych jest sprecyzowany w "Porozumieniu ministrów Przemysłu
Ciężkiego i Komunikacji z dnia 24.10.1968 r. w sprawie współdziałania w
przygotowaniu uruchomienia produkcji taboru kolejowego dla potrzeb
przedsiębiorstwa PKP". Porozumienie to określa konieczność uwzględnienia w
wymaganiach następujących elementów:
- analizy techniczno-ekonomicznej celowości zastosowania nowego taboru na
PKP,
- wyboru koncepcji nowego taboru wraz z jej uzasadnieniem,
- wykazu podstawowych danych i parametrów techniczno-eksploatacyjnych wraz z
ich uzasadnieniem,
- określenia potrzeb ilościowych PKP,
- wymagań dotyczących żywotności części i podzespołów oraz cykli i
przebiegów międzynaprawczych,
- wytycznych do programu prób i badań.
Koncepcja nowej generacji elektrycznych zespołów trakcyjnych dla PKP
Jak wynika z informacji podanych wyżej, elektryczne zespoły trakcyjne są
przewidywane do przewozów pasażerskich w stosunkowo dużym zakresie: od
przewozów ekspresowych do obsługi ruchu podmiejskiego. Specyficzne cechy
każdego z tych rodzajów przewozów wymagają zastosowania w taborze odmiennych
rozwiązań konstrukcyjnych i zapewnienia zespołom trakcyjnym odmiennych
parametrów ruchowo-eksploatacyjnych. Z drugiej jednak strony względy
produkcyjne i eksploatacyjne nakazują obniżenie do minimum liczby odmiennych
typów zespołów trakcyjnych. uwzględnienie w ekonomicznie uzasadnionym
stopniu obu ww. tendencji prowadzi w praktyce do budowy odmiennych zespołów
dla każdego rodzaju przewozów, opartych o: wspólne,
wypróbowane podzespoły i elementy konstrukcyjne, układy biegowe, konstrukcje
nośne pudeł czy wyposażenie elektryczne (a zwłaszcza elektryczne maszyny
trakcyjne).
Zespoły miejsko-podmiejskie 6WE
Obecna koncepcja przyszłych elektrycznych zespołów trakcyjnych serii EW60
(6WE) do obsługi przewozów miejsko-podmiejskich na liniach wysokoperonowych
jest kompromisem na rzecz przemysłu taboru kolejowego, zmierzającym - po
przerwaniu produkcji zespołów EW58 - do możliwie maksymalnego wykorzystania
aparatury i podzespołów z tego taboru. Widok zespołu przedstawia rysunek 3.
W celu zmniejszenia energochłonności, w 3-wagonowym zespole przewidziano
jeden wagon napędny wyposażony w 4 szeregowo połączone silniki typu LKa435.
Każdy z wagonów będzie miał czworo drzwi zewnętrznych, co przy braku drzwi
przejściowych miedzy przedsionkiem i przedziałem zbiorowym ułatwi wymianę
pasażerów. Ponadto, w stosunku do 3WE będzie zmniejszona prędkość maksymalna
tych zespołów do 100 km/h, a jeśli względy konstrukcyjne na to pozwolą, to
nawet do 90 km/h. Zyska na tym przyspieszenie rozruchu, a wiec i prędkość
techniczna. Pozostałe układy i urządzenia oraz wyposażenie wnętrza będą
wzorowane na EW58. Parametry techniczno-eksploatacyjne tych zespołów
przedstawia tablica 3.
Zespoły lokalne 2WE (rys. 4)
Są one traktowane jako kontynuacja rodziny 3WE, a więc wykorzystują
analogiczne wyposażenie elektryczne i pneumatyczne. Pudła, zgodnie z
wymaganiami ruchu lokalnego, będą, przystosowane do wsiadania zarówno z
wysokich, jak i niskich peronów, i będą miały po 2 pary drzwi zewnętrznych.
W stosunku do 6WE prędkość maksymalna zespołu zostanie zwiększona do 120
km/h, co przy odstępach międzyprzystankowych, charakterystycznych dla ruchu
lokalnego, jest już czynnikiem istotnym. Pozostałe elementy i urządzenia
będą analogiczne jak w zespołach 3WE. Poziom komfortu przewidziano
odpowiednio do średniego czasu podróży, tj. do 2 godzin.
Zespoły ekspresowe 5WE
Zadaniem elektrycznych zespołów trakcyjnych typu 5WE jest zapewnienie
szybkich połączeń ekspresowych w porze dziennej między Warszawą i dużymi
ośrodkami miejskimi oraz centrami przemysłowymi kraju. Jak wskazuje
praktyka, ten podsystem przewozowy jest i nadal będzie wykorzystywany w
dużym stopniu do przejazdów w celach służbowych. Zasadniczym założeniem,
przyjętym przy opracowywaniu koncepcji tych zespołów, było więc zamknięcie
cyklu podróży (tam i z powrotem) w ciągu jednego dnia, aby nie zakłócać
dobowego rytmu pracy człowieka. Określając czas potrzebny na załatwienie
spraw służbowych w miejscowości docelowej na 6 godzin, uzyskano maksymalny
czas trwania podróży 8 godzin, a wiec czas jazdy w 1 stronę 4 godziny. W tej
sytuacji przy założonej prędkości handlowej rzędu 125 km/h, w zasięgu
promienia dostępności tego podsystemu transportowego, znajdą się więc miasta
odległe od Warszawy o 500 km, co w warunkach Polski należy uznać za pełne
spełnienie wymagań funkcjonalności pociągu ekspresowego.
Z kolei stosunkowo krótki czas pobytu pasażera w pociągu narzucił układ
wnętrz wagonów, tj. przedziały zbiorowe klasy 1 i 2, pory, zaś dnia, w
których jest odbywana podróż - konieczność zapewnienia w pociągu bufetów
wydających gotowe zestawy posiłków, napoje zimne i gorące itp. Istnieje
również potrzeba zastosowania w części bufetowej: kiosku z prasą, wyrobami
tytoniowymi itp. oraz radiotelefonu dostępnego dla pasażerów -
umożliwiającego nawiązanie łączności z okolicznymi miastami, nadawanie
telegramów itp. usługi telekomunikacyjne. Wersja bezprzedziałowa wagonów
ułatwia ponadto dowóz posiłków do pasażerów na wzór systemu lotniczego.
Niezbędny poziom komfortu jazdy mają zapewnić zarówno układy biegowe o
odpowiedniej konstrukcji, skuteczna izolacja akustyczna i termiczna wagonów,
jak również wystrój oraz kolorystyka wnętrz, klimatyzacja, instalacja
rozgłoszeniowa itp.
Realizacja ekspresowych zespołów trakcyjnych wymaga więc rozwiązania takich
zagadnień konstrukcyjnych, jak m.in.:
- nowoczesne wózki, zapewniające dużą spokojność biegu;
- całkowicie odsprężynowane zawieszenie silników trakcyjnych oraz podatne
przeniesienie napędu głównego;
- wysokosprawne hamulce (tarczowe, szynowe) do uzyskania możliwie krótkich
dróg hamowania;
- pudła ze stopów lekkich do zapewnienia małych (140-150 kN) nacisków
zestawu kołowego na tor;
- aerodynamiczny kształt części czołowej i zewnętrznej wagonów;
- duży stopień automatyzacji procesów sterowania jazdą w powiązaniu z
rozwojem systemów zrkił.
Parametry techniczno-eksploatacyjne zespołów 5WE podano w tablicy 3. Rysunek
5 przestawia postulowane warianty układu wagonów w pociągu, a rysunek 6
układy wnętrz wagonów.
Realność wdrożenia do eksploatacji na PKP nowych typów elektrycznych
zespołów trakcyjnych
Pomimo negatywnych - jak dotąd - doświadczeń z eksploatacji na PKP zespołów
EW58, wprowadzenie do ruchu zespołów 6WE i 2WE jest realne i można go
oczekiwać jeszcze przed 1990 rokiem. Świadczy o tym widoczna w krajowym
przemyśle taboru kolejowego chęć opanowania sytuacji, co rokuje pomyślne
nadzieje. Znacznie mniej realne, przynajmniej w obecnej sytuacji
gospodarczej kraju, jest stosunkowo szybkie wdrożenie do eksploatacji na
kolei zespołów ekspresowych.
Kwestię podjęcia przez przemysł budowy zespołów trakcyjnych do ruchu
ekspresowego należy rozpatrywać w kontekście obecnej sytuacji taborowej na
PKP. Dla PKP, z przyczyn opisanych wyżej, najważniejsze jest w tej chwili
uzyskanie zespołów do ruchu podmiejskiego. Potrzeba ta jest obecnie
niezwykle pilna, zwłaszcza w wypadku Trójmiasta. W tej sytuacji plany
usprawnienia kolejowych przewozów ekspresowych muszą być odsunięte na
przyszłość. Za takim rozwiązaniem przemawia również brak w najbliższym
czasie impulsowych układów regulacji prędkości, bez których zespół
ekspresowy - z uwagi na konieczną tu automatykę prowadzenia pociągu - trudno
sobie wyobrazić. Zastosowanie w zespołach 5WE klasycznego rozruchu
rezystorowego, nawet wspomaganego hamowaniem elektrodynamicznym, można
bowiem traktować wyłącznie jako rozwiązanie przejściowe.
Bibliografia:
[1] Bogdański W.: Stan obecny i przewidywany do 1990 r. rozwój przewozów
pasażerskich przy zastosowaniu elektrycznych zespołów trakcyjnych. Poznań
Konferencja Sekcji Pojazdów Szynowych SIMP 1977
[2] Bogdański W.: Wytyczne techniczno-eksploatacyjne dla elektrycznego
zespołu trakcyjnego, przeznaczonego do ruchu ekspresowego z szybkością
maksymalną 160-250 km/h. Warszawa praca COBiRTK nr MK 107.08.00.00.04. maj
1973
[3] Bogdański W.: Wytyczne techniczno-eksploatacyjne dla elektrycznego
zespołu trakcyjnego przeznaczonego do ruchu lokalnego na liniach
niskoperonowych. Warszawa praca COBiRTK nr MK 107.08.00.00.02 wrzesień 1973
[4] Bogdański W.: Wymagania techniczne dotyczące elektrycznych zespołów
trakcyjnych dla szybkich kolei miejskich w dużych aglomeracjach Polski.
Warszawa praca COBiRTK nr 3361/17 październik 1978
[5] Bogdański W., Kalinkowski A.: Wymagania stawiane pojazdom szynowym
przeznaczonym do zwiększonych prędkości jazdy. Trakcja i Wagony 1978 nr 1
[6] Bogdański W.: Zestawienie podstawowych parametrów taboru trakcyjnego PKP
dla opracowania typoszeregu perspektywicznego taboru trakcyjnego PKP.
Warszawa praca COBiRTK dla potrzeb grupy roboczej RWPG ds. unifikacji
perspektywicznego taboru trakcyjnego wrzesień 1975
[7] Łużny R., Kiełkiewicz A.: Kierunki rozwoju konstrukcji elektrycznych
jednostek trakcyjnych dla obsługi komunikacji pasażerskiej w ruchu miejskim,
podmiejskim, lokalnym i dalekobieżnym. Poznań Konferencja Sekcji Pojazdów
Szynowych SIMP 1978
"ALex M.I.D. dept. (Jarosław Ignatowski)"
> Trakcja i wagony nr. 9 z 1981
> mgr inż. Wojciech Bogdański
> kierownik Pracowni Pojazdów Trakcyjnych w COBiRTK w Warszawie
5WE to hardcore science fiction :) Po 15 lat czekało sie na telefon a
tutaj proszę - tel mobilny w wagonie barowym. Przemysł demoludów nie był
w stanie wyprodukować tyrystorów, ale co tam, jakoś to będzie, robimy
ezeta na 200!
ALex
zeus04
Użytkownik "ALex M.I.D. dept. (Jarosław Ignatowski)"
<al...@niechcedluzszegopenisa.graf.torun.pl> napisał w wiadomości
news:hphoip$5ba$1...@inews.gazeta.pl...
>
> 5WE to hardcore science fiction :)
Nawet w czasach II RP - gdzie takie gałezie przemyslu jak: lotnictwo,
motoryzacja, elektrotechnika itp.
zaczynały od przysłowiowego zera - były prowadzone prace nastawione na
postęp
technologiczny w pewnym oderwaniu od bieżących potrzeb, czego synonimem
w obecnym świecie jest słynne biuro Lockheed'a "Skunk Works"
> Po 15 lat czekało sie na telefon a
> tutaj proszę - tel mobilny w wagonie barowym.
PKP już dawno miała mobilne telefony a budkę telefoniczną dla podróżnych
testowała na początku lat 90' przy pomocy technologi NMT450
>Przemysł demoludów nie był
> w stanie wyprodukować tyrystorów,
Lamina Piaseczno oparła się zagranicznej konkurencji jako jedyna w Polsce
fabryka półprzewodników
http://www.laminasi.de/
"Lamina Semiconductors International jest jedynym w Polsce producentem
półprzewodnikowych przyrządów mocy - diod i tyrystorów.
Nasza oferta obejmuje diody (standardowe i szybkie), tyrystory (standardowe,
szybkie i impulsowe), Moduły elektroizolowane, bloki modułowe, radiatory i
osprzęt montażowy.
Produkcja oparta jest o zaawansowane technologie własne i licencyjne.
Wszystkie nasze produkty charakteryzuje najwyższa światowa jakość. W naszej
firmie zostały wdrożone standardy ISO 9001:2000.
Głównymi odbiorcami naszych wyrobów są ABB Polska i Powerex Inc (USA)."
"Jako jedyny polski producent półprzewodnikowych przyrządów mocy kontynuuje
ponad trzydziestoletnią tradycję produkcji półprzewodników w Polsce.
Produkcję rozpoczęto w końcu lat sześćdziesiątych w oparciu o własne
opracowania techniczne. Na początku lat siedemdziesiątych zakupiono licencję
w amerykańskiej firmie Westinghouse Electric Corp. Od tego czasu stale
rozwijano konstrukcje i technologie wyrobów w oparciu o opracowania własne,
m.in. unikalną radiacyjną technologię produkcji przyrządów szybkich"
>ale co tam, jakoś to będzie, robimy
> ezeta na 200!
>
W ZSSR zrobiono ER200.
Więcej parametrów 5WE i innych (niektóre oznaczenia błędne) zawiera tablica
z książki Józefa Marciniaka pt.
Eksploatacja kolejowych pojazdów szynowych
http://www.fotosik.pl/pokaz_obrazek/pelny/e91c91dac84a0c1c.html
Pzdr.
zeus04
Użytkownik "zeus04" <zeus...@op.pl> napisał w wiadomości
news:hphl5p$nkf$1...@news.onet.pl...
> Trakcja i wagony nr. 9 z 1981
> mgr inż. Wojciech Bogdański
> kierownik Pracowni Pojazdów Trakcyjnych w COBiRTK w Warszawie
> Wymagania konstrukcyjno-eksploatacyjne stawiane elektrycznym zespołom
> trakcyjnym z punktu widzenia potrzeb eksploatacyjnych PKP
Poniżej kilka szybkich uwag.
> Zasadnicze niedomagania zespołu to: jego znaczna masa własna (ok. 174 t
> wobec ok. 125 t w zespole EN57), duża uszkadzalność maszyn trakcyjnych,
Tu chyba literówka autora bo masa własna EW58 to 147 t
> nieskuteczne hamowanie elektrodynamiczne itp. Ponadto wobec niedotrzymania
> przez przemysł elektrotechniczny planowanych uprzednio terminów
uruchomienia
> produkcji impulsowych układów regulacyjnych, w zespole EW58 zastosowano z
> konieczności rozruch rezystorowy, co przy szeregowym nieprzełączalnym
> układzie silników trakcyjnych wywołało znaczną energochłonność tego
taboru.
> Moc rozwijana podczas rozruchu przez 9-wagonowy pociąg złożony z zespołów
> EW58 osiąga 9 MW, a więc wartość przekraczającą możliwości typowych
> podstacji PKP.
O ile pociąg złożony z 3 EW58 faktycznie pobierał już taką moc przy
prędkościach bliskich zeru
to 3 ED74 od ok. 45 km/h.
Lech Lipiński, Mirosław Miszewski
Pojazdy Szynowe PESA Bydgoszcz SA Holding
w artykule pt.
KSZTAŁTOWANIE CHARAKTERYSTYK TRAKCYJNYCH NAPĘDÓW DO ELEKTRYCZNYCH ZESPOŁÓW
TRAKCYJNYCH W TRAKCJI WIELOKROTNEJ
zamieszczonym w Zeszyty Problemowe - Maszyny Elektryczne Nr 82/2009
- informują że nawet na zmodernizowanych liniach PKP i przystosowanych do
160 km/h a nie zasilanych jednostopniowo
z transformatorów 110kV (modernizacje bez wzmocnienia zasilania) - moc
maksymalna jest limitowana do ok. 5MW.
Zgodnie z Polską Normą PN-EN 50388:2006. Zastosowania kolejowe - Zasilanie
energią a tabor - Kryteria techniczne dotyczące koordynacji zasilania
energią (podstacja) z taborem w celu uzyskania interoperacyjności:
- napędy trakcyjne powinny gwarantować rozwijanie znamionowej mocy
trakcyjnej przy napięciach w sieci trakcyjnej w granicach od 2700 V do 3600
V.
Autorzy przyjeli że dla napięcia 2700V (czyli dostępna przez nastawy prądowe
wyłączników na podstacjach moc na pantografie pociagu = ok. 4MW):
- moc pobieraną przez pojedynczą ED74 nie trzeba ograniczać
- moc pobierana przez pociąg 2 x ED74 i przy wykorzystaniu maksymalnego
przyspieszenia osiąga maks. sieci już przy ok. 30 km/h
- moc pobierana przez pociąg 3 x ED74 i przy wykorzystaniu maksymalnego
przyspieszenia osiąga maks. sieci już przy ok. 18 km/h
> Z powodu zaistniałego w międzyczasie kryzysu energetycznego
> czynnik ten narzucił użytkownikowi zespołów EW58 nowy punkt wadzenia na
ich
> przydatność w obecnych warunkach PKP. Seryjne dostawy zespołów EW58
> kierowane do węzła gdańskiego nadal - pomimo starań dostawcy - wykazywały
te
> same usterki. W rezultacie, z powodu zdecydowanie negatywnej oceny tych
> zespołów przez eksploatację, po dostarczeniu dla PKP ok. 30 sztuk
przerwano
> dalszą ich produkcję.
W zasadzie nigdy produkcji seryjnej nie rozpoczęto (kontrakt to 3 prototypy
i 25 sztuk
serii informacyjnej)
zeus04
> mgr inż. Wojciech Bogdański
> kierownik Pracowni Pojazdów Trakcyjnych w COBiRTK w Warszawie
> Wymagania konstrukcyjno-eksploatacyjne stawiane elektrycznym zespołom
> trakcyjnym z punktu widzenia potrzeb eksploatacyjnych PKP
> Uwzględniając specyfikę impulsowego układu regulacyjnego, zdecydowano się
> zastosować w każdym z dwóch wagonów napędnych szeregowy układ silników
> trakcyjnych, wstępnie przewzbudzonych i przez to charakteryzujących się
> stosunkowo nisko leżącą charakterystyką naturalną.
Przy wyborze rodzaju silnika ewidentnie kierowano się specyfiką układu z
rozruchem oporowym
(LKa435 to przewzbudzany silnik o nisko leżącej charektystyce naturalnej dla
maksymalnego obniżenia strat energii w opornikach)
i nawet czechosłowackie ezety 3kV z tych czasów serii 460 (EM488) tak
budowano (produkcja 1974-1978).
Więcej o tym jakie silniki wybiera się dla rozruchu oporowego a jakie
dla impulsowego można przeczytać tu:
Trakcja i Wagony nr. 8 z 1987
mgr inż. Zbigniew DURZYŃSKI
mgr inż. Eugeniusz MAŁECKI
Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Pojazdów Szynowych w Poznaniu
Wpływ charakterystyk silnika na parametry trakcyjne pojazdu szynowego prądu
stałego
W ostatnich latach w kraju zamontowano pierwsze, prototypowe urządzenia
rozruchu impulsowego (RI) w zespole trakcyjnym EN57 (5B-6B-5B) oraz rozruchu
i hamowania impulsowego (RHI) w zespole trakcyjnym EW58 (3WE).
W oparciu o wyniki badań prowadzonych na tych prototypach przewidziana jest
budowa dalszych zespołów trakcyjnych, przy czym przewiduje się stosować w
nich silniki trakcyjne, projektowane i budowane dla klasycznego rozruchu
oporowego.
Wydaje się zatem wskazane wykonanie krótkiej analizy porównawczej parametrów
trakcyjnych po wprowadzeniu układów tyrystorowych z uwzględnieniem wpływu
prawidłowego doboru silnika trakcyjnego tj. jego charakterystyk na te
parametry. W niniejszym artykule, po krótkim wprowadzającym omówieniu zasad
ogólnych, w oparciu o wyniki symulacji przejazdów teoretycznych, porównano
parametry trakcyjne zespołów z układem RHI, wyposażonych w dwa różne rodzaje
silników trakcyjnych. Jeden z tych silników jest stosowany w zespołach z
klasycznym rozruchem oporowym, a drugi jest silnikiem nowo projektowanym,
przeznaczonym do współpracy z RHI.
Charakterystyki silników
Z ogólnej terorii przejazdu określonego odcinka międzyprzystankowego w
określonym czasie przez pojazd trakcyjny wiadomo, że zużycie energii
zmniejsza się wraz ze wzrostem przyspieszenia rozruchu, jak również ze
wzrostem prędkości do jakiej to stałe przyspieszenie może być utrzymywane.
Dzieje się to dzięki większej chwilowej mocy napędowej realizowanej na
wyjściu układu tj. na obwodzie kół, wyrażającej się zależnością (przy
pominięciu oporów ruchu)
P(t)=mz x a x V(t)
P - moc chwilowa rozruchu,
mz - masa zastępcza pojazdu,
a - przyspieszenie chwilowe,
V - prędkość chwilowa.
Ponieważ rozważany jest rozruch impulsowy (bezstratny w porównaniu z
rozruchem oporowym), w którym chwilowa moc elektryczna pobierana na cele
trakcyjne jest proporcjonalna do mocy mechanicznej oddawanej, określonej wg
(1), przeto celowym jest powiększenie prędkości V w tej zależności, przy tym
samym przyspieszeniu a. Stosowanie trakcyjnego silnika napędowego o tzw.
wysokiej charakterystyce prędkości obrotowej w przeciwieństwie do silnika o
niskiej charakterystyce stosowanego celowo dla obniżenia strat w rezystorach
rozruchowych, które tutaj nie występują, pozwala zwiększyć tę moc chwilową.
Miarą położenia charakterystyki obrotowej silnika może być iloraz
VR/Vmax = nR/nmax = k
gdzie:
VR - końcowa (maksymalna) prędkość rozruchu, do której utrzymywane jest aR =
const,
Vmax - prędkość maksymalna,
nR - odpowiadająca VR prędkość obrotowa silnika,
nmax - odpowiadająca Vmax prędkość obrotowa silnika.
Iloraz ten dla układów napędowych z rozruchem oporowym wynosi zwykle 0,25 -
0,3, a dla impulsowych 0,4 - 0,5 [1]
Silnik realizujący duży współczynnik k cechuje mały znamionowy strumień
magnetyczny i większy prąd rozruchu i pracuje on zwykle z pełnym
wzbudzeniem. Moc znamionowa takiego silnika wypada zwykle o kilkanaście
procent większa od silnika z małym współczynnikiem k przy takiej samej
przeciążalności prądowej. Natomiast znamionowy moment obrotowy z racji
wysokiej znamionowej prędkości obrotowej jest taki sam lub mniejszy, co
sprawia że ogólne wymiary silnika mogą być takie same jak silnika o małym
współczynniku k [2].
Istotną, a może i główną cechą takiego silnika jest to, że będąc silnikiem o
niskim strumieniu, generuje on małą s.e.m. podczas hamowania, którą
konstrukcja silników dopuszcza; pozwala to na uzyskanie stałego opóźnienia
hamowania nieomal w całym zakresie prędkości hamowania. Silnik o niskiej
charakterystyce obrotowej generuje natomiast znacznie większą s.e.m. podczas
hamowania. Musi ona zatem zostać ograniczona do wartości dopuszczalnej dla
silnika. Powoduje to stratę siły hamowania w zakresie średnich i wysokich
prędkości.
W dalszej części artykułu przedstawiona jest analiza, na podstawie szeregu
symulacji jazd teoretycznych wykonanych na E.M.C., zużycia energii oraz
poszczególnych strat energii dla tego samego pojazdu komunikacji miejskiej z
zastosowaniem silnika o niskiej charakterystyce obrotowej (silnik "N") oraz
silnika o wysokiej charakterystyce obrotowej (silnik "W")- Charakterystyki
przykładowych silników obu rodzajów przedstawiono na rysunku 1.
Charakterystyki trakcyjne i moc chwilowa rozruchu
Analizie zostały poddane dwa zespoły trakcyjne na napięcie 750 V różniące
się tylko silnikami:
- zespół z silnikiem "N" o współczynniku k = 0,28 (z osłabieniem
wzbudzania),
- zespół z silnikiem "W" o współczynniku k = 0.5 (bez osłabienia
wzbudzenia).
Charakterystyki trakcyjne rozruchu obu silników przedstawiono na rysunku 2.
Silnik "N" charakteryzują 3 fazy rozruchu:
- 1 faza - FR = const (aR ~ const) - do punktu A,
- 2 faza - FR x V = const (aR x V ~ const) - do punktu B,
- 3 faza - FR = f(V) wg charakterystyki naturalnej silnika.
Silnik "W" charakteryzuje się tym, że z fazy 1 (pkt. A) z pominięciem fazy
2, przechodzi do fazy 3.
Na rysunku 3 przedstawiono przebieg elektrycznej mocy chwilowej P = f(tR) w
funkcji czasu rozruchu tR, tj. mocy na wejściu układu napędowego. Czas
rozruchu tR dla przejazdu danej odległości międzyprzystankowej w tym samym
czasie T (z tą samą prędkością techniczną) jest różny dla pojazdu z
silnikiem "W" i dla pojazdu z silnikiem "N".
Czasy te zaznaczono na rysunku 3 tymi samymi cyframi przy symbolach "N" i
"W" dla różnych czasów przejazdów T (80,2; 72,64; 59,08; 58,8 i 57,23).
Wymagany czas rozruchu tR dla silnika "W" jest krótszy od czasu rozruchu dla
silnika "N". Pobory energii natomiast (reprezentowane przez odpowiednie pola
pod krzywymi) są praktycznie dla obu silników równe do prędkości końca
rozruchu 25 km/h. Powyżej tej prędkości zasada ta przestaje obowiązywać.
Wyniki z symulacji jazd, w tym także pobraną energię, zestawiono w tabeli 1.
Symulacja wykonana została na odległości międzyprizystainkowej 800 m z
czasem rozruchu wg punktów charakterystycznych dla obu rodzajów silników
(rys. 2).
Z wyników tabeli 1 można wyciągnąć wniosek, że dla wszystkich jazd na
odległości 800 m z prędkością techniczną większą od 40 km/h, pojazd z
silnikiem "W" jest energo-oszczędniejszy. Oszczędność ta wzrasta w miarę
skracania czasu przejazdu i jest procentowo największa, gdy pojazd z
silnikiem "N" przejeżdża daną odległość w najkrótszym możliwie czasie (tj.
jazdę forsowną bez wybiegu). Pojazd z silnikiem "W", aby uzyskać ten sam
czas przejazdu może stosować wybieg i dla np. 800 m stosować 40% udziału
drogi z poborem mocy. Należy wszakże zaznaczyć, że dla prędkości
technicznych mniejszych od ok. 40 km/h co odpowiada ok. 15% udziału drogi z
poborem mocy sytuacja może ulec odwróceniu. Dla analizowanych silników
uzyskano wyniki wykazujące kilkuprocentowy większy pobór energii dla silnika
"W" dla jazd z Vt < lub = 40 km/h. Wynika to z większych strat
rozpatrywanego silnika "W" w tym zakresie prędkości technicznych. W
praktyce, jazdy wykonywane są z 30-50% udziałem drogi z poborem mocy.
Dodatkową korzyścią ze stosowania silnika "W" jest możliwość uzyskiwania
krótszego, minimalnego czasu przejazdu w porównaniu z silnikiem "N"; dla 800
m czasy te wynoszą w rozpatrywanym przypadku odpowiednio 57,2 i 58,8 s.
Porównanie poboru energii dla odcinka 800 m dla zespołów z silnikami "W" i
"N" w funkcji prędkości technicznej Vt przedstawiono na rysunku 4.
Przedstawiono na nim także zależność strat energii na cele pozatrakcyjne dla
obu pojazdów. Do strat tych zaliczono:
- straty energii na pokonanie oporów ruchu,
- straty energii w silnikach, na które składają się straty w uzwojeniach
silników i straty pozostałe (mechaniczne, w żelazie).
Dla małych prędkości technicznych straty energii parzy zastosowaniu silnika
"N" są nieznacznie mniejsze. Obrazuje to również przebieg mocy chwilowej
(rys. 3) i wyniki w tabl. 1. Od prędkości technicznej ok. 40 km/h straty
energii w zespole z silnikiem "W" są mniejsze. Procentowy udział w stratach
energii przy rozruchu w stosunku do energii całkowitej dla obu pojazdów
przedstawiono na rysunku 5. Wynika z niego, że dla małych prędkości
technicznych największy udział mają straty energii w uzwojeniach silników.
Przy prędkościach technicznych bliskich maksymalnym dla określonego odcinka
międzyprzystankowego, najwięcej energii pozatrakcyjnej traconej jest na
pokonanie oporów ruchu. Przykładowy, dla prędkości technicznej 49 km/h
procentowy udział w poborze energii przedstawiono w tabeli 2.
Z przeprowadzonych rozważań i wyników symulacji przejazdów zespołów
trakcyjnych wypływa wniosek, że w nowoprojektowanych pojazdach trakcyjnych z
rozruchem impulsowym, szczególnie przeznaczonych dla ruchu o małych
odległościach międzyprzystankowych, celowy jest dobór i zaprojektowanie
właściwego silnika trakcyjnego o optymalnych charakterystykach. Pozwoli to
wykorzystać w pełni cechy rozruchu impulsowego, prowadząc do większej
oszczędności energii i krótszych czasów przejazdu, aniżeli ma to miejsce
przy stosowaniu silników przeznaczonych dla rezystancyjmego układu rozruchu.
Bibliografia
[1] Ciessow G.: Suburban Traction Vehicles with D. C. Chopper Control. Wyd.
firmowe Thyristor Control for D. C.
Multiple-Unit Coaches
[2] Voss. U.: Gleichstromstellertechnik in Nahverkehrfahrzeugen. Elektrische
Bahnen, 1977, 7