Wymagania techniczne
Przeanalizowano szczegółowo międzynarodowy stan rozwoju konstrukcji wózków
wagonów pasażerskich oraz warunki i koszty eksploatacji w obydwu zarządach
kolejowych. Na podstawie tego, a także z uwagi na dotychczasowy kierunek
rozwoju konstrukcji wózków u obu partnerów, uzgodniono zachowanie "klasycznej"
koncepcji wózka z belką bujakową. Warto przy tym nadmienić, że obydwaj
partnerzy zbadali swoje konstrukcje teoretycznie jeszcze przed rozpoczęciem
wspólnych prac rozwojowych przez jazdy próbne do 200 km/h i wykazali
przydatność tych konstrukcji do wysokich prędkości. Dotyczy to w CSRS wózka
VUKV typu 801 i w NRD wózka typu Gorlitz VI [1].
A oto najważniejsze z technicznych wymagań, opracowanych w ścisłej współpracy
z obydwoma zarządami kolejowymi:
- wózek dwuosiowy na tor o prześwicie 1435 mm, dla prędkości maksymalnej 200
km/h, z możliwością zabudowy zestawów kołowych na tor o prześwicie 1520 mm,
- zachowanie wszystkich obowiązujących przepisów OSŻD, UIC, RIC i PPW, zaleceń
RWPG oraz norm przepisów krajowych CSRS i NRD,
- możliwość zastosowania wózka do wszystkich wagonów pasażerskich typu Y, Z i
X według karty UIC 567, jak również do wagonów piętrowych i wagonów doczepnych
do wagonów motorowych,
- obciążenie pionowe wózka według typoszeregu 200, 250 i 300 kN,
- skrajnia według UIC 505-2,
- przystosowanie do urządzeń promowych według UIC 569,
- rozstaw osi maksymalny 2600 mm,
- zestawy kołowe o średnicy okręgu tocznego 920 mm i profilu obwodu koła
według UIC/ORE S 1002,
- wysokość maksymalna 930 mm,
- największa masa wózka 7000 kg,
- dla prędkości powyżej 160 km/h - możliwość zabudowy hamulca tarczowego,
klockowego jednostronnego oraz szynowego magnetycznego; przewiduje się
modyfikacje dla niższych prędkości.
Dalsze wymagania odnoszą się do właściwości biegowych, wykonawczych i
eksploatacyjnych, jak również do warunków utrzymania.
Dotychczasowy przebieg prac konstrukcyjnych
W roku 1976 obaj partnerzy wymienili swoje opracowania teoretyczne i
doświadczalne z zakresu właściwości biegowych oraz wyniki rozwoju, wykonawstwa
i eksploatacji wózków wagonów pasażerskich. Na tej podstawie wspólnie
pogłębiono, w przyśpieszonym trybie, opracowania teoretyczne oraz wypróbowano
w prototypach najważniejsze części i układy:
- odsprężynowanie pierwszego stopnia i prowadzenie łożysk osiowych za pomocą
prowadników do 220 km/h - na stanowisku próbnym w Instytucie Pojazdów
Szynowych,
- odsprężynowanie, zawieszenie i prowadzenie belki bujakowej - stacjonarnie i
podczas prób jezdnych z prędkościami do 200 km/h,
- statyczne i dynamiczne sprawdzenie belki bujakowej na stanowisku próbnym,
- hamulec tarczowy i klockowy - na stanowiskach próbnych.
Z zamiarem znalezienia optymalnego rozwiązania ważnych układów konstrukcyjnych
zbudowano prototypy wózków w dwóch wariantach:
- jeden komplet z prowadzeniem maźnic za pomocą jednostronnego prowadnika
piórowego (płaskiego) GUP, rozstęp osi 2,6 m (rys. 1),
- jeden komplet z prowadzeniem maźnic za pomocą wahacza, rozstęp osi 2,5 m.
Prototypy wózków wyposażono w różne warianty zawieszenia i podparcia pudła,
również dla znalezienia optymalnego rozwiązania. Projekt konstrukcyjny
prototypów wózków został przyjęty w marcu 1977, a wykonanie ich zakończono we
wrześniu tego samego roku. W październiku rozpoczęły się intensywne próby
zgodnie z planem.
Prototypowe wózki z prowadnikiem maźniczym typu GUP
Wózki wykonano na obciążenie 250 kN i wyposażono w hamulec dla 200 km/h.
Zestawy kołowe mają koła pełnowalcowane (monoblokowe); średnicę koła tocznego -
920 mm; profil obwodu D według TGL 6080, podobny do profilu UIC/ORE S 1002;
największy mimośród 0,25 mm; niewyważenie koła mniejsze od 0,5 Nm. Wał osiowy
drążony jest wyposażony w dwie tarcze hamulcowe o średnicy 590 mm
(rys. 2). Każde łożysko osiowe ma komplet łożysk tocznych z rolkami
cylindrycznymi o wymiarach łożysk 120 mm x 240 mm x 80 mm. Można również
zastosować łożyska 130 mm x 240 mm x 80 mm.
Prowadzenie zestawów kołowych odbywa się za pomocą jednostronnych prowadników
typu GUP, skierowanych do środka wózka i przymocowanych śrubami sprężynującymi
zarówno do korpusu łożyska, jak i do ramy wózka (rys. 3). Czop, znajdujący się
na korpusie łożyska osiowego, zapewnia w razie potrzeby prowadzenie zastępcze
i ogranicza swobodę ruchów zestawu kołowego. Twardość odsprężynowania
prowadzenia zestawu kołowego w kierunku podłużnym i poprzecznym jest tak
dobrana, że zapewnia stabilny bieg zestawu kołowego i małe siły poprzeczne w
łożysku osiowym. Dwa komplety sprężyn spiralnych, wspartych za pośrednictwem
podkładek gumowych na konsolach korpusu maźniczego, tworzą odsprężynowanie
pierwszego stopnia. W serii zerowej wózków będzie zastosowany dzielony korpus
łożyska osiowego, umożliwiający wybudowę i zabudowę zestawu kołowego bez
demontażu prowadników osi GUP. Duża dokładność wykonania odpowiednich części
zapewnia równoległość zestawów kołowych, dzięki czemu nie potrzeba stosować
specjalnych środków przy utrzymaniu wózków, aby tę równoległość zachować. Ramę
wózka tworzą dwa zespawane dźwigary podłużne i dwa poprzeczne wykonane ze
stali St 38. Belka bujakowa (konstrukcja spawana ze stali St 45 lub St 52)
opiera się za pośrednictwem kompletów sprężyn śrubowych na korytkach sprężyn,
które wiszą na ramie wózka na długich prętach - wieszakach. W środku każdego
wieszaka jest tulejka rozprężna zaciskana, służąca do nastawiania wysokości
pudła wagonu (rys. 3). Wieszaki są pochylone pod kątem około 10° do pionu, w
dół na zewnątrz. Dzięki temu uzyskuje się, zgodnie z kartą UIC 505-2, niską
wartość współczynnika pochylenia S oraz dużą wysokość środka obrotu wychylenia
poprzecznego hc, przy czym nie wzrasta twardość odsprężynowania kątowego. W
rezultacie wagon dobrze dostosowuje się do toru i dzięki temu wykazuje bardzo
dużą odporność na wykolejenie. Korytka sprężyn są połączone wiązadłami
poprzecznymi i przez to wzajemnie rozparte.
Odsprężynowanie poprzeczne odznacza się progresywna charakterystyką wskutek
zastosowania zderzaków gumowych między belką bujakową a ramą wózka. Skok
odsprężynowania poprzecznego na torze prostym wynosi +/- 60 mm i jest
ograniczony na łukach zgodnie z wymaganiami UIC. Belka bujakowa jest
prowadzona w kierunku wzdłużnym w stosunku do ramy wózka za pomocą długich
prowadników, osadzonych w gumie na obu końcach. Prowadniki te znajdują się w
przybliżeniu na wysokości środka obrotu wychyleń ramy wózka. Na belce
bujakowej i na ramie wózka znajdują się wzdłużne sztywne zderzaki,
ograniczające przemieszczenia sprężyste wzdłużne. Pudło wagonu spoczywa na
ślizgach bocznych belki bujakowej z nakładkami samosmarnymi z materiału PTFE.
Czop skrętu i gniazdo z gumowym osadzeniem umożliwiają ruchy obrotowe wózka
względem osi pionowej oraz zapewniają przenoszenie sił wzdłużnych i
poprzecznych miedzy pudłem wagonu a belką bujakowa.
Wózek wyposażono w hamulec tarczowy, hamulec klockowy jednostronny oraz
magnetyczny hamulec szynowy. Hamulec tarczowy przejmuje około 70% mocy
hamowania. Każdy wózek ma cztery jednostki hamulcowe typu BBW, z cylindrem
hamulcowym 8" i wbudowanym urządzeniem nastawczym kompensacji zużycia okładzin
hamulcowych (rys. 2). Urządzenie odpowiadające karcie UIC 541 wskazuje na
pudle wagonu działanie hamulca tarczowego. Resztę mocy hamowania przejmuje
hamulec klockowy. W każdym wózku znajdują się cztery jednostki hamulcowe typu
ZTS Trzemosznice-Hedvikov
(rys. 4). Każda jednostka ma cylinder hamulcowy 8" i urządzenie nastawcze dla
kompensacji zużycia klocków. Hamulec klockowy działa na koła jednostronnie od
wewnątrz. Długość wstawek-klocków wynosi 250 mm. Możliwe jest także założenie
dłuższych wstawek.
Wózki wyposażono również w magnetyczny hamulec szynowy z 10-członowymi
magnesami, typu KLEW (Kombinat Budowy Lokomotyw - Zakłady
Elektrotechniczne "Hans Beimler", Henningsdorf). Hamulec ręczny działa na
wszystkie jednostki hamulca tarczowego jednego wózka pojazdu.
Próby
Plan prób
Oprócz zwykłych prób, służących do wykazania zdolności eksploatacyjnej (pomiar
sił na kołach, przejazd przez łuki, przejazd przez górki, badania stanowiskowe
hamulca), podjęto na prototypach wózków liczne inne badania stacjonarne i
ruchowe. Celem ich było sprawdzenie obliczeń teoretycznych, optymalizacja tych
parametrów, dla których teoria podaje jedynie wielkości graniczne oraz
uzyskanie wyników potrzebnych do konstrukcji wózków serii zerowej.
Przeprowadzono w przyśpieszonym trybie następujące doświadczenia:
1) badania stanowiskowe
- badania drgań w celu określenia częstotliwości własnej oraz współczynników
tłumienia,
- określenie zdolności dostosowywania się wózka do nierówności toru oraz
histerezy zwichrowania,
- określenie charakterystyki skrętnej wózka,
- określenie współczynników pochylenia oraz wysokości środka obrotu kołysania
poprzecznego, zgodnie z metodą według karty UIC 505-5,
- ustalenie charakterystyki sprężynowania wielu elementów połączeniowych, a w
szczególności prowadzenia łożysk osiowych (maźnic) wzdłuż i w poprzek,
- próby stanowiskowe hamulca ciśnieniowego powietrznego, magnetycznego
szynowego oraz ręcznego, połączone z pomiarem sił w klockach i okładzinach, a
także z pomiarem sprawności.
2) badania ruchowe
- badania techniczne biegowe oraz tymczasowe pomiary hałasu na torze (okręgu)
próbnym (ŻZO) kolei czechosłowackich w Ćerhenicach przy prędkości od 120 do
200 km/h na prostej i w łuku (R = 1400 m, przechyłka toru 150 mm) z
teoretycznym niewyrównanym przyśpieszeniem poprzecznym do 1,2 m/s2,
- badania techniczne biegowe na małym torze (okręgu) próbnym MŻZO w
Cerhenicach na łukach o różnych promieniach (300 m, 450 m, 600 m i 800 m) oraz
na rozjazdach, przy prędkościach odpowiadających niewyrównanym przyśpieszeniom
do 8,85 m/s2,
- statystyczne badania jezdne na liniach DR z wagonami pasażerskimi typu Z,
próżnymi i załadowanymi, przy prędkości do 120 km/h,
- pomiary hałasu na liniach DR, - próby hamowania na torze (okręgu) próbnym
CSD z prędkością do 200 km/h dla określenia mocy hamowania poszczególnych
systemów hamulca.
Podczas prób biegowych mierzono wielkości charakteryzujące zachowanie się
dynamiczne zestawów kołowych, ramy wózka zwrotnego i pudła wagonu oraz
dynamiczne oddziaływanie na nadwozie, a także wyczerpywanie się luzów między
wzajemnie poruszającymi się częściami wózka, a mianowicie:
- przyśpieszenie pudła wagonu,
- przyśpieszenie poprzeczne zestawów kołowych,
- siły H w łożyskach osiowych,
- przyśpieszenia ramy wózka,
- ruchy poprzeczne miedzy zestawem kołowym a ramą wózka,
- ruchy względne między belką bujakową a ramą wózka,
- moment powrotny między wózkiem i pudłem wagonu, '
- dźwięk przenoszony przez powietrze i przez ciała stałe (wózek i pudło
wagonu).
Wszystkie mierzone wielkości były rejestrowane na oscylografie bezpośrednio
piszącym. Niektóre wielkości były już podczas jazdy obliczone, względnie
przetworzone przez przyrządy półautomatyczne, natomiast niektóre wielkości
zapisywano na taśmie magnetycznej w celu przetworzenia ich na maszynach
liczących. Tym sposobem można było obliczyć widmowe gęstości mocy, funkcje
przeniesienia i inne funkcje statystyczne.
Do prób prototypów wózków należał również próbny demontaż, przeprowadzany
zarówno w NRD - w Zakładach Naprawczych (RAW) w Delitzsch, jak i w CSRS - w
ZOS Pilzno. Rozebrano przy tym wszystkie główne części i układy wózków i
oceniono je z punktu widzenia naprawy i utrzymania.
Wyniki prób
Spośród wielkiej liczby zmierzonych i opracowanych dotąd wielkości,
przedstawiono w dalszym ciągu artykułu tylko najważniesze i najciekawsze
rezultaty.
W okresie badań stan nawierzchni wielkiego okręgu próbnego ŻZO nie wykazywał w
pełni jakości wymaganej dla szybkości 200 km/h: można to odczytać z pomiarów
parametrów nawierzchni (rys. 5). Spokojność biegu, wyrażona współczynnikiem
Sperlinga Wz, dla drgań pionowych i poziomych poprzecznych na prostych i na
łukach, jest przedstawiona na rysunku 6 w zależności od prędkości. Przy ocenie
spokojności biegu i dalszych wielkości mierzonych w łuku (chodzi o kierunek
poprzeczny) trzeba wziąć pod uwagę, że nie tylko jakość nawierzchni jest
trochę gorsza, ale również fakt, że już przy prędkości 182 km/h w łuku
osiągnięto najwyższe, dopuszczalne według wymagań technicznych, niewyrównane
przyśpieszenie poprzeczne Nan = 0,85 m/s2.
Na rysunku 7 przedstawiono najważniejsze spośród zmierzonych sił H, to jest
Hmax w łuku dla wagonu pasażerskiego typu Z z wózkiem według wariantu z
prowadnikami maźnic GUP (wszystkie cztery zestawy numerowane w kierunku
jazdy), mierzone na dwu zestawach podczas jazd w obydwu kierunkach. Naniesiono
też najwyższą dopuszczalną wielkość graniczną. Oprócz Hmax
obliczono także wartości Hm + i porównano je z wielkościami dopuszczalnymi
(Hm +lim . Na rysunku 8 przedstawiono wielkości Hm + o zestawów kołowych 3 i 4
z jazd na małym okręgu próbnym w łukach o różnych promieniach. Do skali
prędkości dołączono także skalę teoretycznego niewyrównanego przyśpieszenia
poprzecznego.
Dla szeregu mierzonych wielkości nie ma jeszcze jednolitej międzynarodowej
metody pomiaru. W tych przypadkach obliczono także wartości skuteczne za
pomocą aparatury Fischera. Jako przykłady podaje się następujące wartości
skuteczne z jazd na ŻZO:
- przyśpieszenia wzdłużne xef" pudła wagonu Z z wózkami według obydwu
wariantów (rys. 9),
- przyśpieszenia pionowe zef" w środku pudła wagonu Z z wózkami z prowadnikami
maźnic typu GUP (rys. 10),
- przyśpieszenia pionowe zpef" ramy wózka dla obydwu wariantów wózków pod
wagonem typu Z przy różnych tłumieniach (prowadzeniach) pierwszego stopnia
(rys. 11).
Określono także wartości skuteczne przyśpieszenia poprzecznego pudła wagonu (w
środku) podczas kiwania się wózka. Jako przykład obliczenia funkcji
statystycznych podano na rysunku 12 widmowe gęstości mocy Gf, przyśpieszenia
poprzecznego na czwartym zestawie kołowym (w kierunku jazdy), a na rysunku 13 -
w pudle wagonu Z nad tylnym wózkiem (wózki z prowadnikami maźnic typu GUP),
przy jeździe na prostych odcinkach toru próbnego ŻZO przy prędkości 193,8
km/h. Na wykresach widoczne są dobrze "szczyty" odpowiadające długości fali
sinusoidalnej 7 do 9 m i obwodowi koła 2,9 m. Z tych dwóch przebiegów widmowej
gęstości mocy powstała funkcja przeniesienia dla części systemu
odsprężynowania poprzecznego między czwartym zestawem kołowym a podłogą pudła
wagonu, co przedstawiono na rysunku 14. Ponieważ przebiegi przyśpieszeń
poprzecznych i ich widmowych gęstości mocy na zestawie kołowym 3 i 4 różnią
się tylko nieznacznie, można więc na podstawie ich częściowej funkcji
przeniesienia wnioskować o wynikowej funkcji przeniesienia całego
odsprężynowania poprzecznego.
Statystyczne jazdy próbne na liniach DR potwierdziły dobre wyniki spokojności
biegu, uzyskane na torze (okręgu) próbnym. Szczególnie godne uwagi jest
zachowanie prawie stałej, dobrej spokojności biegu na torach o różnej jakości
nawierzchni.
Dla obiektywnej oceny dwóch wariantów prowadzenia łożysk osiowych (maźnic)
obaj partnerzy opracowali odpowiednie kryteria. Opracowano i wykorzystano
kompleksowo wyniki badań oraz doświadczenia z montażu i demontażu prototypu -
pod względem właściwości wykonawczych, eksploatacyjnych i utrzymaniowych
obydwu wariantów prowadzenia maźnic. Wynik oceny przemawiał jednoznacznie na
korzyść wariantu z prowadnikami GUP, dlatego seria zerowa wózków będzie
wyposażona tylko w ten rodzaj prowadzenia zestawów kołowych.
Dalszy przebieg prac rozwojowych
Obecnie obydwa wagony z prototypowymi wózkami znajdują się w ciągłej
eksploatacji na liniach DR i ĆSD, przy czym okresowo mierzy się spokójność
biegu i zużycie. Doświadczenia i wiadomości zebrane na prototypach, z ich
badań i próbnych demontaży, zostały uwzględnione w konstrukcji serii zerowej
wózków. Budowa serii zerowej jest zakończona. Również i te wózki będą
sprawdzone ponownie w ciągu długotrwałych prób, a także będzie mierzone
zużycie.
Osiągnięte dotąd wyniki potwierdzają wybraną koncepcję techniczno-biegową
omawianego wózka do wagonów pasażerskich i pozwalają oczekiwać planowego
zakończenia rozwoju, uwieńczonego sukcesem.
Rys. 1. Wózek CSRS-NRD dla prędkości do 200 km/h
Rys. 2. Hamulec tarczowy
Rys. 3. Prowadzenie zestawu kołowego
Rys. 4. Jednostka hamulca klockowego
Rys. 5. Parametry nawierzchni
1 - krzywizna,
2 - przechyłka,
3 - prześwit,
4 - nierówność pionowa,
a - szyna zewnętrzna,
b - szyna wewnętrzna
Rys. 6. Wskaźnik spokojności biegu
1 - prowadzenie maźnic za pomocą prowadnika,
2 - prowadzenie maźnic za pomocą wahacza;
v - pionowo, h - poziomo, a - prosta, b - łuk
Rys. 7. Siła maksymalna Hmax na korpusie łożyska osiowego
Rys. 8. Średnia siła H z naddatkiem naprężeniowym
Rys. 9. Przyśpieszenie wzdłużne pudła wagonu (wartość skuteczna)
1 - prowadzenie maźnicy wahaczem, 2 - prowadzenie maźnicy prowadnikiem
Rys. 10. Przyśpieszenie pionowe w środku pudła wagonu (wartość skuteczna)
1 - prowadzenie maźnicy za pomocą prowadnika
Rys. 11. Przyśpieszenie pionowe ramy wózka (wartość skuteczna)
1 - prowadzenie maźnicy prowadnikiem, 2 - prowadzenie maźnicy wahaczem
Rys 12. Widmowa gęstość mocy przyśpieszenia poprzecznego czwartego zestawu
kołowego
Rys 13. Widmowa gęstość mocy przyśpieszenia poprzecznego w pudle wagonu (nad
wózkiem nabiegającym - tylnym)
Rys. 14. Funkcja przeniesienia odsprężynowania poprzecznego między czwartym
zestawem kołowym a pudłem wagonu
Bibliografia:
[1] Kahl S.: Układy biegowe dla dużych szybkości. DET - Die
Eisenbahntech. 1977 25 3 115-119
Tłumaczył z języka niemieckiego mgr inż. Stanisław Bolewski
--
Wysłano z serwisu OnetNiusy: http://niusy.onet.pl
zeus04 napisał(a):
> Zesp� autor�w
> z Instytutu Badawczego Pojazd�w Szynowych w Pradze (CSRS) i Fabryki
> Wagon�w w Gorlitz (NRD)
> W�zek wagonowy dla pr�dko�ci do 200 km/h
> wsp�lnej konstrukcji CSRS i NRD
> 629.45.027.2:629.4.016.56
z tego co pamiętam to u nas wagony z wozkami GP200 miały dopuszczenie
do 160 km/h, Widziałem natomiast kiedys wagon DB na poc Kraków
Berlin z tymi wózkami (bez klimy z normalnymi drzwiami i normalnie
oduwanymi oknami )dopuszczony na 200. Pytanie tylko czy wagony które
poczatkiem lat 90-tych zawitały na pkp musiały spełniac jeszcze inne
normy niz te z niemiec
GN
> z tego co pamiętam to u nas wagony z wozkami GP200 miały dopuszczenie
> do 160 km/h, Widziałem natomiast kiedys wagon DB na poc Kraków
> Berlin z tymi wózkami (bez klimy z normalnymi drzwiami i normalnie
> oduwanymi oknami )dopuszczony na 200.
Wagony na 200 km/h, a raczej ich wózki muszą być dodatkowo wyposażone
w magnetyczne hamulce szynowe. W Niemczech ta norma zdaje się
obowiązuje już od 140 km/h wzwyż. U nas od 160.
Powyższe dotyczy nie tylko wózków GP200 ale wszystkich innych także.
BJ
Widzisz lat temu to sporo było i niestety nie pamiętam czy ten wagon
je miał czy nie.
GN