Archiwum Trakcji i wagonów - Regulatory urządzeń przeciwpoślizgowych do wagonów pasażerskich

[zeus04]

Trakcja i Wagony nr. 9 z 1979
prof. dr hab. inż. Jan Broś
dyrektor Instytutu Pojazdów Szynowych Politechniki Krakowskiej
mgr inż. Jerzy Zbertek
prac. nauk.-badawczy COBiRTK w Krakowie
Regulatory urządzeń przeciwpoślizgowych do wagonów pasażerskich
Urządzenia przeciwpoślizgowe mają na celu zabezpieczenie zestawów kołowych
przed poślizgiem w czasie hamowania pojazdów szynowych. Poślizgi takie
prowadzą najczęściej do powstawania uszkodzeń powierzchni tocznych kół
jezdnych (płaskie miejsca, narosty), obniżając tym samym komfort jazdy, a
nawet zagrażając bezpieczeństwu ruchu pociągów. W związku z tym zaleca się
stosowanie urządzeń przeciwpoślizgowych dla każdego pojazdu szynowego,
wyposażonego w hamulce typu Rapid ( 150-160 % ciężaru hamującego) lub inny
hamulec o równorzędnej mocy. Zastosowanie tych urządzeń jest obowiązkowe w
każdym pojeździe, w którym wykorzystuje się przyczepność między kołem a
szyną w zakresie powyżej 160% ciężaru hamującego. Mogą to być zarówno
urządzenia przeciwpoślizgowe z regulatorem mechanicznym-bezwładnościowym,
jak i przekaźnikowe urządzenia przeciwpoślizgowe. Urządzenia pierwszego typu
są stosowane w eksploatowanych przez PKP wagonach pasażerskich o prędkości
konstrukcyjnej 140-160 km/h.
W tym przypadku każdy zestaw kołowy lub grupa zestawów sprzęgnięta
mechanicznie, winny być wyposażone w regulatory urządzeń
przeciwpoślizgowych, połączone przewodem sterującym z zaworem urządzenia
przeciwpoślizgowego, a następnie z układem pneumatycznym hamulca pojazdu
szynowego.
Zgodnie z wymaganiami przepisów UIC 541 [4] w wagonach pasażerskich PKP,
przeznaczonych do podwyższonych prędkości, stosowane są regulatory urządzeń
przeciwpoślizgowych typu H12E1, produkowane w Fabryce Maszyn Budowlanych i
Lokomotyw
im. F. Dzierżyńskiego "BUMAR-FABLOK" w Chrzanowie, wykorzystując licencję
firmy Oerlikon.
Opis i zasada działania regulatora H12E1
Regulator H12E1 (rys. 1), stanowiący podstawowy element urządzenia
przeciwpoślizgowego, zamocowany jest do maźnicy zestawu kołowego. Jest to
urządzenie bezwładnościowe, a jego mechanizm obrotowy dla zmniejszenia
oporów ruchu osadzony jest na łożyskach tocznych 15. Łożyska te osadzono w
obsadach gumowych 14, w celu zamortyzowania uderzeń mechanizmu. Koncepcja ta
nie spełniła jednak swego zadania i w nowych rozwiązaniach obsady gumowe
zostały wyeliminowane. W części prostokątnej wałka mechanizmu 31 umieszczone
są dwa zaworki 35 służące do upustu powietrza z przewodu sterującego (rys.
1, przekrój AA). Sprężyny 37 są dobrane tak, aby nie dopuścić do otwarcia
zaworków 35 przy normalnych przyspieszeniach, występujących zarówno przy
rozruchu jak i hamowaniu bez poślizgu.
Wałek regulatora jest napędzany od osi zestawu kołowego pojazdu szynowego
przez sprzęgło sprężyste. Na wałku mechanizmu 31 osadzone jest koło
zamachowe 10 z trzpieniem zabierającym 20. W przypadku zakleszczenia zestawu
kołowego w trakcie hamowania, będącego wynikiem wystąpienia poślizgu,
trzpień zabierający 20 naciska na jeden - w zależności od kierunku jazdy - z
zaworków 35, aż do jego otwarcia. Umożliwia to upust sprężonego powietrza z
przewodu sterującego do atmosfery, co powoduje uruchomienie zaworu
urządzenia przeciwpoślizgowego H12E2, spełniającego rolę zaworu
odluźniającego dla cylindra hamulcowego, na sygnał z regulatora urządzenia
przeciwpoślizgowego.
Uruchomienie tego zaworu polega na częściowym lub nawet całkowitym
opróżnieniu cylindra hamulcowego, w wyniku czego następuje zluzowanie
hamulca, a zatem i odblokowanie zestawu kołowego, będącego w poślizgu. W tym
momencie ustaje również nacisk trzpienia 20 na zaworek 35, który pod wpływem
sprężyny 37 zostaje ponownie dociśnięty do swego siedziska. W wyniku tego
następuje przerwanie upustu powietrza z przewodu sterującego i wzrost
ciśnienia w tym przewodzie, a w rezultacie przygotowanie regulatora do
ponownego zadziałania. Wskutek wzrostu ciśnienia w przewodzie sterującym
zawór urządzenia przeciwpoślizgowego przerywa opróżnianie cylindra
hamulcowego przez zawór rozrządczy oraz powoduje jego ponowne napełnianie ze
zbiornika pomocniczego. Dokładny opis działania tego zaworu jest podany w
firmowym katalogu armatury hamulcowej [3].
Zmiany konstrukcyjne regulatora
Regulator urządzenia przeciwpoślizgowego typu H12E1 nie likwidował
skutecznie poślizgów zestawów kołowych, zwłaszcza na szynach
zanieczyszczonych smarami, powodując uszkodzenia powierzchni tocznych kół.
Po przeanalizowaniu konstrukcji regulatora i wykorzystaniu zebranych
doświadczeń producent wprowadził zmiany polegające między innymi na
wyeliminowaniu wcześniej wspomnianych obsad gumowych 14 łożysk tocznych,
modernizacji sprzęgła sprężystego, a zwłaszcza zabieraka 5 i sprężyny
specjalnej 6. Zasada działania regulatora oczywiście nie uległa zmianie. W
wyniku tych zmian konstrukcyjnych uzyskano regulator sprawniej działający,
oznaczony symbolem H12E5 (rys. 2). Regulator ten stanowił przedmiot badań
[2], wykonanych przez Pracownię Hamulców COBiRTK przy Instytucie Pojazdów
Szynowych Politechniki Krakowskiej.
Program badań
Celem badań omawianych urządzeń przeciwpoślizgowych, przy zastosowaniu
regulatorów osiowych typu H12E5, było sprawdzenie prawidłowego ich działania
w warunkach poligonowych, zbliżonych do eksploatacyjnych. Polegało ono na
możliwie szybkim likwidowaniu poślizgów zestawów kołowych przez upuszczanie
powietrza z cylindra hamulcowego. Doświadczenia przeprowadzono w czasie
planowych hamowań pociągu ekspresowego, złożonego z lokomotywy i pięciu
wagonów pasażerskich, wyposażonych w badane regulatory osiowe. Zestawienie
pociągu było następujące: lokomotywa EP05-16, trzy wagony typu 111A, wagon
osobowy typu 112A oraz wagon bufetowy typu 113A. Aparatura
pomiarowo-rejestrująca była zainstalowana w wagonie drugiej klasy,
znajdującym się w środku składu pociągu doświadczalnego. Wszystkie wagony
były badane w stanie próżnym, przy czym zbiorniki wodne napełnione były w
70%, a załoga pociągu doświadczalnego wynosiła 13 osób.
Zakres prędkości początkowych hamowania nagłego i pełnego ustalono w
przedziale 100-160 km/h, co 20 km na szynach suchych i zwilżonych wodą z
dodatkiem detergentów. Dla każdych warunków (prędkość, stan szyn)
zaplanowano przeprowadzenie 4-6 hamowań. Przewidziano również hamowania
połączone z odczepianiem pojedynczego wagonu w ruchu, z prędkości
początkowych 100 i 120 km/h. W czasie badań nie przewidywano zmiany
przycylindrowej przekładni hamulcowej.
Do prób zastosowano następujące urządzenia i przyrządy:
- przetwornica elektronowa 24/220 V,
- rejestratory N-325,
- przekaźnik obrotów,
- manometry ciśnieniowe z nadajnikami o zakresie 0-6 bar,
- urządzenie do zraszania szyn,
- urządzenie do odczepiania wagonów w ruchu,
- końcówki do podłączania manometrów.
Rozmieszczenie manometrów oraz nadajnika drogi (przekaźnik obrotów) w
punktach pomiarowych pokazano schematycznie na rysunku 3.
Przebieg doświadczeń i wyniki badań
Hamowania pojedynczych wagonów z prędkości 100 i 120 km/h odczepianych od
składu pociągu w czasie biegu, ograniczono do wagonu pomiarowego.
Wszystkie wagony badanego pociągu wyposażone były we wstawki hamulcowe z
żeliwa szarego. W czasie badań ruchowych panowała
słoneczna pogoda, a temperatura w ciągu dnia wahała się w granicach 10-15°C
przy wiatrach słabych z kierunków zmiennych. Punkty pomiarowe (rys. 3)
rozmieszczono tak, aby uzyskać dane niezbędne do oceny regulatora H12E5:
wartości opóźnień, gradient spadku ciśnienia w przewodzie sterującym,
pomiędzy regulatorem a zaworem upustowym H12E2 oraz zwłokę czasową pomiędzy
wejściem sygnału do zaworu upustowego a jego wyjściem do cylindra
hamulcowego. Przebiegi wartości ciśnień w poszczególnych punktach
pomiarowych rejestrowano za pomocą manometrów z nadajnikami
potencjometrycznymi. Gradient spadku ciśnienia w przewodzie sterującym
odczytywano z wykresów (rys. 4) pomiędzy punktami 1, 2 a 3 oraz punktami 6 a
8. Opóźnienie zadziałania zaworu upustowego H12E2 odczytywano analogicznie
pomiędzy punktami 3 a 4 oraz 8 a 9. Natomiast całkowite opóźnienie pomiędzy
sygnałem z regulatora H12E5 zestawu kołowego wpadającego w poślizg,
zaznaczające się spadkiem ciśnienia w przewodzie sterującym (poz. 1, 2 i 6)
a początkiem odblokowywania zestawu kołowego, zaznaczające się spadkiem
ciśnienia w cylindrze hamulcowym (póz. 5), odczytywano z wykresu na
podstawie sekundowego znacznika czasu (poz. 14).
Zarejestrowane i odczytane opóźnienia pomiędzy uruchomieniem regulatora
H12E5 a uruchomieniem zaworu upustowego H12E2 wahają się w granicach
0,40-0,68 s. Natomiast opóźnienia pomiędzy uruchomieniem zaworu upustowego
H12E2 a upustem powietrza z cylindra hamulcowego, a zatem odblokowaniem
hamowanego zestawu kołowego będącego w poślizgu, zamykają się w granicach
0,06-0,20 s (wyjątkowo 0,5 s).
Z analizy tej wynika, że zasadnicza część "opóźnienia" uruchomienia
urządzenia przeciwpoślizgowego powstaje na drodze od regulatora do zaworu
upustowego:
Poślizgi hamowanych zestawów kołowych zarówno w całym pociągu
doświadczalnym, jak i w pojedynczym wagonie, odczepianym w ruchu,
występowały wyłącznie na szynach zraszanych wodnym roztworem detergentów,
przy niewielkich prędkościach, przed zatrzymaniem i wynosiły do 2 m.
Potwierdzają to zarejestrowane i odczytane wartości całkowitego opóźnienia w
uruchomieniu urządzenia przeciwpoślizgowego, wahające się w granicach
0,46-0,88 s.
Dokładne badania wizualne powierzchni tocznych zestawów kołowych przed
rozpoczęciem badań poligonowych i po ich zakończeniu oraz wyrywkowe
obserwacje prowadzone w trakcie tych badań nie wykazały żadnych uszkodzeń
tych powierzchni. Pozwala to na stwierdzenie, że przy zastosowaniu
regulatorów H12E5 zestawy kołowe są stosunkowo prawidłowo chronione przed
powstawaniem usterek, będących między innymi wynikiem poślizgów.
Wnioski i uwagi końcowe
Uzyskane wyniki badań regulatorów urządzeń przeciwpoślizgowych i ich analiza
pozwalają stwierdzić, że badane regulatory osiowe H12E5 w warunkach badań
poligonowych pracowały zadowalająco. Dowodem tego było między innymi
niestwierdzenie występowania "płaskich miejsc" ani innych uszkodzeń
powierzchni tocznych zestawów kołowych. Wyniki te można uznać za
wystarczające dla warunków krajowych. Na ich podstawie badany regulator
urządzenia przeciwpoślizgowego zatwierdzono do produkcji seryjnej.
Badania urządzeń przeciwpoślizgowych przy zastosowaniu regulatora osiowego
typu H12E5 były pierwszymi tego rodzaju badaniami przeprowadzonymi w Polsce,
wobec czego w programie i w trakcie jego realizacji nie spełniono między
innymi wymagań UIC 541, rozdz. IX, pkt. 2a i b oraz pkt. 3.
Wydaje się więc, że dla uzyskania pełnej oceny ich przydatności, zwłaszcza w
aspekcie podwyższonych prędkości jazdy pociągów, niezbędne jest
przeprowadzenie dodatkowych badań. Winny one obejmować badania porównawcze
regulatorów dotychczas stosowanych i typu H12E5, przy zachowaniu pełnego
zakresu wymagań przepisów międzynarodowych. Celowe wydaje się również
przeprowadzenie tych doświadczeń przy zastosowaniu wstawek hamulcowych z
żeliwa P14, o podwyższonej zawartości fosforu.
Ponadto należy podkreślić, że dla sprawnego działania urządzenia
przeciwpoślizgowe pojazdów szynowych wymagają stałego nadzoru i kontroli.
Problem ten będzie się nasilał, zwłaszcza w aspekcie wzrastających prędkości
ruchu pociągów pasażerskich.
Do najczęściej występujących usterek tych urządzeń można zaliczyć
nieszczelności przewodów sterujących oraz niesprawności samych regulatorów,
zwłaszcza typu H12E1.
Bibliografia:
[1] Broś J., Kupracz W., Zbertek J.: Ocena urządzeń przeciwpoślizgowych z
regulatorem H12E5 do wagonów pasażerskich w apsekcie badań poligonowych. IV
Krajowe Sympozjum Eksploatacji Urządzeń Technicznych Katowice 1977
[2] Zbertek J., Kupracz W.: Badania regulatorów urządzeń przeciwpoślizgowych
typu H12E5. Kraków 1977
[3] Katalog armatury hamulcowej: Fabryka Lokomotyw FABLOK, WEMA Warszawa
1972
[4] Przepisy UIC 541 rozdz. IX