Kolejová vozidla III

Transkript

1 Kolejová vozidla III Petr Heller

2 doc. Ing. Petr Heller, CSc., *1942 Absolvent Vysoké školy dopravní v Žilině, obor Kolejová vozidla (1965). Praxe: 7 let Vagonka Studénka, 29 let ŠKODA závod Elektrické lokomotivy, později ŠKODA Dopravní technika, s.r.o., od roku 2003 Západočeská univerzita v Plzni. Kolejová vozidla III Autor: doc. Ing. Petr Heller, CSc. Spoluautoři: Kapitola 1. vznikla ve spolupráci s Ing. Jiřím Hofmanem. Kapitolu 5. zpracoval Dr. Ing. Ladislav Sobotka. Kapitola 9. vznikla ve spolupráci s Mgr. Ivanem Borutou a Ing. Janem Hanušem. Kapitola 11. vznikla ve spolupráci s Ing. Jiřím Schönem. Kapitolu 12. zpracovali Ing. Luděk Korejtko, Ph.D., Ing. Jan Korejtko a M. Eng. Kapitola 13. vznikla ve spolupráci s Bc. Jiřím Šplíchalem. Vydání publikace bylo schváleno Vědeckou redakcí Západočeské univerzity v Plzni. Odborní recenzenti: prof. Ing. Ladislav Rus, DrSc. prof. Ing. Daniel Kalinčák, Ph.D. Grafický návrh obálky: MgA. Mgr. Petr Pelikán Typografická úprava: Jakub Pokorný Vydala: Západočeská univerzita v Plzni Univerzitní 2732/8, Plzeň Vytiskl: POLYPRESS s.r.o. Truhlářská 486/15, Karlovy Vary První vydání, 504 stran Pořadové číslo: 2365, ediční číslo: Plzeň 2021 ISBN ISBN (1. svazek) ISBN (2. svazek) doc. Ing. Petr Heller, CSc. Západočeská univerzita v Plzni II

3 OBSAH PŘEDMLUVA TRAMVAJOVÁ VOZIDLA Rozdělení a charakteristiky kolejových vozidel městské hromadné dopravy Tramvajová vozidla dvounápravová (rámová) Tramvajová vozidla čtyřnápravová Nízká podlaha, komplikace pro tramvajové vozidlo Tramvajová vozidla čtyřnápravová, částečně nízkopodlažní Tramvajová vozidla článková, vysokopodlažní, s kloubem nad podvozkem Jakobs Tramvajová vozidla článková s kloubem mimo podvozek Tramvajová vozidla kloubová, vysokopodlažní, se dvěma klouby Tramvajová vozidla čtyřnápravová, plně nízkopodlažní Tramvajová vozidla článková, nízkopodlažní Nízká podlaha Koncepce článkových nízkopodlažních tramvajových vozidel Vlastnosti jednotlivých koncepcí Modulární stavba tramvajových vozidel Tramvaje vybavené alternativnímy systémy napájení Tram-Train Tram-Train Avanto Tram-Train Vossloh Espaňa Tramvaj na pneumatikách Translohr Vlečné vozy Vlečný vůz B3D (ČKD Tatra) Vlečný vůz VV60LF Zhodnocení jednotlivých uspořádání tramvajových nízkopodlažních vozidel Zhodnocení vlastností pojezdů Úroveň příčných sil při jízdě obloukem Vedení dvojkolí v kolejovém kanálu Nízkopodlažní tramvaje, historické poznámky, rozlišení vozidel podle otočnosti podvozků Úvodní historické poznámky Rozlišení otočnosti podvozku pomocí rovnice rovnováhy tramvajového vozidla v příčném směru Rozlišení podle počtu potřebných kloubů u skříně se dvěma podvozky Rozlišení pomocí zastupitelnosti podvozků při vjezdu do oblouku a průjezdu obloukem Shrnutí VOZIDLA METRA A MĚSTSKÉ ŽELEZNICE Úvod Úvod pro vozidla metra V

4 2.1.2 Úvod pro vozidla městské železnice (S-Bahn) Koncepce jednotek metra Koncepce samostatného funkčního vozu Koncepce dvouvozové jednotky Příklad dvouvozové jednotky pro metro města Norimberk Příklad dvouvozové jednotky pro metro Rijád v Saudské Arábii Dvouvozová jednotka Tren Urbano pro San Juan (Puerto Rico) Koncepce vícevozových jednotek Koncepce třívozové jednotky s vozy trakčními a netrakčními Koncepce čtyřvozové jednotky Koncepce pětivozové jednotky Příklad koncepcí pětivozových jednotek metra Jednotka pražského metra typ Pětivozová jednotka pražského metra typ M1 (SIEMENS) Pětivozová jednotka Minskij metropoliten (STADLER) Pětivozová jednotka metra TUBELINK pro Valencii (STADLER) Koncepce šestivozových jednotek Šestivozová jednotka se všemi vozy trakčními Koncepce šestivozové jednotky s vozy trakčními a netrakčními Šestivozová jednotka s trakčními a netrakčními vozy Koncepce šestivozových jednotek s čelními vozy netrakčními Koncepce šestivozové jednotky s čelními vozy s netrakčními podvozky Koncepce jednotek sedmi a vícevozových Koncepce osmivozové jednotky s vozy trakčními i netrakčními Příklad koncepce sedmi a osmivozové jednotky MOVIA Metro Londýn (Bombardier) Příklad koncepce osmivozové a sedmivozové jednotky Moskva-2020 pro metro Moskva (Metrovagonmasch Mytišči) Příklad koncepce dvanáctivozové jednotky metra MECCA Koncepce vozidel metra podle počtu dveří v bočnici a uspořádání sedadel Koncepce vozů se třemi vstupními dveřmi v bočnici Koncepce vozů se čtyřmi vstupními dveřmi v bočnici Koncepce vozů s pěti vstupními dveřmi v bočnici Metro s lineárním pohonem Bezpečnost cestujících Lehké metro Vozidla městské rychlodráhy (S-Bahn) Jednotka městské rychlodráhy řady ET Jednotka městské rychlodráhy řady ET 481, ET Jednotka městské rychlodráhy řady ET 483, ET PODVOZKY TRAMVAJOVÝCH VOZIDEL Podvozky otočné pro standardní vysokopodlažní vozidla Podvozek ČKD Tatra Modernizovaný podvozek pro vysokopodlažní tranvaj T6A5 ČKD TATRA Modernizovaný podvozek pro úzkorozchodná vysokopodlažní vozidla (SKD TRADE) Otočný podvozek KOMFORT pro standardní vysokopodlažní vozidla (Aliance TWT) Otočný podvozek pro standardní vysokopodlažní vozidla SF 90 (SIEMENS) Podvozky částečně nízkopodlažních tramvajových vozidel Neotočný podvozek tramvaje Astra, Anitra (ŠKODA) Neotočný podvozek tramvaje 29T, 30T (ŠKODA) Otočné podvozky nízkopodlažních tramvají umístěné pod vysokou podlahou VI

5 3.3.1 Podvozek částečně nízkopodlažního vozidla AVANTO S70 (SIEMENS) Otočný úzkorozchodný podvozek tramvaje 29T a 30T (ŠKODA) Podvozek otočný pro Tram-Train Tango (STADLER) Trakční a běžný otočný podvozek, NET2012 Citylink (Vossloh Espaňa) Trakční podvozek otočný LRV pro Houston (CAF) Trakční a běžný podvozek otočný Flexity Classics (Bombardier) Otočný podvozek KOMFORT plus, tramvaje Vario LF 2+ (Aliance TWT) Otočný podvozek tramvaje EVO 1 a 2 (Aliance TWT) Neotočné podvozky plně nízkopodlažních tramvajových vozidel Neotočné podvozky plně nízkopodlažních vozidel Combino (Siemens) Neotočný podvozek Avenio (SIEMENS) Neotočný podvozek Incentro Neotočný podvozek Variobahn (Bombardier) Neotočný podvozek Eurotram (Bombardier) Neotočný podvozek S 1000 (Bombardier) Neotočný podvozek Flexx Urban 3000 (Bombardier) Neotočný podvozek 26T (ŠKODA) Neotočný podvozek 28T (ŠKODA) Neotočná podvozek 35T (ŠKODA) Neotočný podvozek Flexity (Bombardier) Neotočný podvozek Arpège (Alstom) Neotočný podvozek Ixège (Alstom) Neotočný podvozek SIRIO (Ansaldo Breda) Neotočný podvozek DG 1000/DG1435 (Končar, Sames) Neotočný podvozek tramvaje Tramlink V3 (Vossloh) Neotočný podvozek tramvaje Urbos 3 úzkorozchodný i normálně rozchodný (CAF) Neotočný podvozek tramvaje Tramino S 105p (SOLARIS) Neotočný podvozek tramvaje LT1 (Hyundai Rotem) Otočné podvozky plně nízkopodlažních vozidel Trakční podvozek otočný, Flexx URBAN 3000 (Bombardier) Otočný podvozek tramvaje 15 T For City (ŠKODA) Otočný podvozek tramvaje TWIST (Pesa) Otočný podvozek tramvaje Lion a Lionet (PK Transportnyje systěmy Moskva) Podvozek otočný, úzkorozchodný Artic rozchod mm ŠKODA TRANSTECH Oy Trakční podvozek otočný Urbos AXL (A35) CAF Otočný podvozek Citadis Spirit a CIS (Alstom) Trakční podvozek otočný, úzkorozchodný EVO PODVOZKY VOZIDEL METRA A MĚSTSKÉ ŽELEZNICE Podvozky vozidel metra Podvozek vozidel pražského metra typ Podvozek vozidel pražského metra typ M Trakční a běžný podvozek pro lehké metro SF 1000 (Siemens) Trakční a běžný podvozek pro lehké metro SF 1000 HS (Siemens) Trakční a běžný podvozek pro těžké metro SF 2000 (Siemens) Trakční a běžný podvozek pro těžké metro SF 2100 (Siemens) Trakční a běžný podvozek pro těžké metro SF 2100 IB (Siemens) Trakční a běžný podvozek pro těžké metro SF 3000 (Siemens) Trakční a běžný podvozek pro metro C 20 (Bombardier) Podvozek Flexible Frame Bogie (Bombardier) Vývojový trakční podvozek pro metro typu Syntegra (Siemens) Podvozky pro metro C2 Mnichov (SIEMENS) Podvozky pro metro Glasgow (Stadler) Podvozek metra model c (Krjukovskyj vagonostrojitělnyj zavod) VII

6 Vývojový podvozek pro metro (CRRC) Podvozek metra s lineárním motorem Podvozky městské železnice Trakční podvozek městské železnice (S-Bahn) řady Trakční podvozek městské železnice (S-Bahn) řady Podvozky Hyundai Rotem Trakční a běžný podvozek pro vysokopodlažní LRV vozidla LV1 (Hyundai Rotem) Trakční a běžný podvozek pro lehké metro EO1 (Hyundai Rotem) Trakční a běžný podvozek pro těžké metro EO2 (Hyundai Rotem) Trakční a běžný podvozek pro lehké metro EO3 (Hyundai Rotem) Trakční a běžný podvozek pro úzký rozchod EO4 (Hyundai Rotem) POHONY DVOJKOLÍ S VYSOKOU ÚČINNOSTÍ Úvod Přímé pohony s pomaloběžnými trakčními motory bez převodovky (Direct Drive) Porovnání energetické náročnosti vlaků metra se standardní technologií trakčního pohonu (ATM, převodovka, IGBT střídač) a novou technologií ( IPMSM, direct drive, SiC střídač) Trakční výzbroj IPMSM soupravy Návrh, výpočty, konstrukce IPMSM trakčního synchronního motoru HLR 3657 P/12 a mechanické uspořádání přímého pohonu Montáž motoru Trakční synchronní motor s permanentními magnety pro pohon elektrobusu Rotor elektromotoru Parametry elektromotoru Mechanické uspořádání rotoru Chlazení D-Q model elektromotoru SKŘÍNĚ TRAMVAJOVÝCH VOZIDEL Nosná struktura skříně tramvajového vozidla T Nosná struktura skříně částečně nízkopodlažního tramvajového vozidla Nosná struktura skříní nízkopodlažních vozidel Příklady různých konstrukcí Hliníková konstrukce skříně tramvaje COMBINO Návrat k ocelové konstrukci AVENIO SKŘÍNĚ VOZIDEL METRA A MĚSTSKÉ ŽELEZNICE Úvod Diferenciální ocelová hrubá stavba skříně Diferenciální ocelová hrubá stavba skříně vozidel S-Bahn ET Diferenciální ocelová hrubá stavba skříně vozidel S-Bahn ET 481 a Diferenciální ocelová stavba skříně vozidel S-Bahn ET 483 a Diferenciální nerezová stavba skříně vozidel pro Hong Kong MTR Corporation LTD Diferenciální ocelová hrubá stavba skříně metra pro Petrohrad 18Mt (ŠKODA) Hliníková integrální hrubá stavba skříně Hliníková integrální stavba skříně vozidel metra M1 pro Prahu Hliníková integrální stavba skříně vozidel metra pro město Mecca Hliníková integrální stavba skříně vozidel metra pro město Gang ju, Subway Line No Hliníková integrální hrubá stavba skříně vozidel metra G1 pro Nürnberg (SIEMENS) Kabina strojvedoucího Hybridní hrubá stavba skříně VIII

7 7.5 Kompozitní hrubá stavba skříně Závěr pro hrubé stavby skříní metra a městské železnice DVEŘE, OKNA Úvod Dveře Základní součásti, rozměry, systémy, požadavky na vnější dveře Bezpečnostní opatření proti sevření Pohon dveří Příklady vybraných konstrukcí Výkyvné dveře Předsuvné dvoukřídlové dveře s elektrickým motorem, převodem vřetenem a maticí Předsuvné dvoukřídlové dveře s elektrickým pohonem a převodem ozubeným řemenem Dvoukřídlové dveře s elektrickým pohonem, posuvné vně po bočnici Posuvné kapsové dvoukřídlové dveře s pneumatickým pohonem a převodovým řetězem Skládací dveře tramvají Čelní evakuační dveře metra Výklopné nebo výsuvné stupačky a nájezdní plošiny pro kočárky Výsuvná stupačka Výklopná nájezdová plošina (rampa) Výsuvná a zvedací plošina Dveře s výklopnou stupačkou Čelní přechodové dveře Vnitřní dveře Srovnání pohonů dveří Okna Čelní okna lokomotiv, motorových vozů a elektrických jednotek Boční okna osobních vozů, motorových a elektrických jednotek Okna polospouštěcí Okna pevná Okna pevná v pryžovém profilu Okna pevná, lepená do bočnice Okna pevná, speciálně stavěná pro rychlou výměnu při poškození Okna pevná s výklopnou horní částí INTERIÉRY TRAMVAJOVÝCH VOZIDEL A VOZIDEL METRA Požadavky protipožární bezpečnosti Provozní a konstrukční kategorie drážních vozidel Provozní kategorie Konstrukční kategorie Požadavky na požární vlastnosti materiálů a součástí Stavební struktury interiéru Podlaha Podlaha tramvajových vozidel Podlaha vozidel metra Používané materiály na podlahu Obložení a izolace bočnic a stropů Izolační a obkladové materiály Pultruze Dělicí příčky, polopříčky, zástěnky Dělicí příčky IX

8 9.5.2 Polopříčky, zástěnky, madla Polopříčky, zástěnky Madla Obklady čelnic Sedadla Sedadla tramvajových vozidel a vozidel metra Rozměry a provedení sedadel tramvajových a vozidel metra Sedadla řidiče Sedadla železničních vozidel Úvod Příměstská železnice a její charakteristika provozu v kontextu designu sedadla Regionální železnice a její charakteristika provozu v kontextu designu sedadla Dálková železnice a její charakteristika provozu v kontextu designu sedadla Prostor pro kočárky a osoby na invalidním vozíku Osvětlení, větrání a informační systém salonu pro cestující Příklady provedení u tramvajových vozidel Příklady provedení u vozidel metra Přechodové měchy mezi články nebo vozy KABINA STROJVEDOUCÍHO A ŘIDIČE Úvod Kabina strojvedoucího Rozměry kabiny, výhledové poměry, pult strojvedoucího Pult strojvedoucího Kabina řidiče tramvaje Výhledové poměry Pult řidiče tramvaje Pult strojvedoucího metra VYTÁPĚNÍ A KLIMATIZACE V MĚSTSKÝCH A PŘÍMĚSTSKÝCH KOLEJOVÝCH VOZIDLECH Úvod Historická poznámka Princip klimatizace Klimatizační jednotka Druhy jednotek Popis klimatizační jednotky Základní pojmy podle ČSN EN Všeobecné požadavky a předpisy Zatřídění vozidel Parametry pohodlí Vnější podmínky Výkonnost vytápěcího a chladícího zařízení Vytápění Chlazení Regulace Stanovené požadavky pohodlí Tepelná emise sedící normálně oblečené osoby Doplňkové požadavky Výpočet výkonů klimatizační jednotky Výpočet vytápěcího výkonu X

9 Tepelná ztráta vzniklá prostupem tepla za klidu Tepelná ztráta netěsností skříně a zhoršenými poměry při jízdě (infiltrací) Tepelná ztráta větráním Výpočet celkových tepelných ztrát Výpočet tepelného zisku Celkový příkon vytápění vozidla Výkon chladícího zařízení Výpočet tepelného zisku Tepelný zisk od slunečního záření Produkce tepla od cestujících ve vozidle Řešení výpočtu výkonu klimatizačního zařízení tramvajového vozidla Základní informace o tramvajovém vozidle Základní rozměry tramvajového vozidla Základní ztráta prostupu tepla za klidu Tepelná ztráta netěsnostmi skříně a zhoršenými poměry při jízdě (infiltrací) Tepelná ztráta větráním Výpočet celkových tepelných ztrát Výpočet celkových zisků Celkový příkon vytápění vozidla Závěr a vyhodnocení vytápěcího výkonu Výpočet chladícího výkonu Základní ztráta prostupu tepla za klidu Tepelná ztráta netěsnostmi skříně a zhoršenými poměry při jízdě (infiltrací) Tepelná ztráta větráním Výpočet celkových tepelných zisků vedením tepla Tepelný zisk od cestujících Tepelný zisk od vnitřních zdrojů Tepelný zisk od slunečního záření Výpočet celkového tepelného zisk Celkový výkon chladícího zařízení vozidla Vyhodnocení, závěr a výběr klimatizační jednotky BRZDA TRAMVAJOVÝCH VOZIDEL Úvod Základní sestava brzdového systému vozidla Popis základních funkcí elektronického řídícího systému brzd Základní legislativní požadavky na brzdění tramvají v Evropské unii Norma ČSN EN (2) Vyhláška ministerstva dopravy ČR číslo 173/1995 Sb Norma ČSN Předpis o konstrukci a provozu tramvají z roku Polská norma ROZPORZADZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY- RMI Základní rozdělení tramvajových brzd Základní rozdělení brzdového systému Rozdělení tramvajových brzd a brzdových jednotek Rozdělení brzdových kotoučů Materiál brzových kotoučů Umístění brzdových kotoučů Třecí plochy brzdových kotoučů Rozdělení brzdových destiček Rozdělení brzdových destiček podle druhu brzdového obložení Rozdělení řídících agregátů tramvajové brzdy XI

10 Rozdělení hydraulických agregátů podle konstrukce Základní rozdělení nouzových agregátů Základní rozdělení kolejnicových brzd Funkce základních komponent tramvajového brzdového systému Elektrodynamická brzda EDB Pasivní brzdová jednotka Aktivní brzdová jednotka Elektromechanická brzdová jednotka Hlavní řídící agregáty Základní podklady pro návrh brzdového systému Statický součinitel tření Adheze Výpočet brzdného skluzu Závislost součinitele adheze na rychlosti vozidla Trakční odpory Přechodové charakteristiky Výpočet střední hodnoty EDB Kolejnicová magnetická brzda Třecí brzdy Třecí brzdová jednotka Brzdové obložení Brzdový kotouč Základní metody výpočtu kinematiky vozidla Klasické metody Zábrzdné dráhy tramvaje po rovině Tramvaj na spádu Simulační metody Řízení brzdového systému tramvajového vozidla Úvod EBCU Electronic Brake Control Unit SIL Safety Integrity Level Topologie Komunikační rozhraní MDC Řízení brzdy Zajištění zásoby tlaku Regulace tlaku brzdového systému WSP Wheel Slide Protection Blending TROLEJBUSY Úvodní historická poznámka Rozdělení nízkopodlažních trolejbusů Dvounápravové trolejbusy (cca 12 m), též standardní Třínápravové trolejbusy (cca 15 m) Třínápravové dvoučlánkové trolejbusy (cca 18 m), kloubové Čtyřnápravové tříčlánkové trolejbusy (cca 24 m), též dvoukloubové Trakční elektrický motor a pohon nápravy Řízení výkonu, rychlosti Některé důležité části trolejbusu Možnosti alternativních pohonů XII

11 13.7 Elektrobusy ZÁVĚREČNÉ POZNÁMKY Rozvoj výroby kolejových vozidel Významní výrobci kolejových vozidel v Evropě Výhledy kolejové dopravy v České republice Nové technologické možnosti v nezávislé trakci Závěrečné slovo ke knihám Kolejová vozidla I, II, III SOUHRN / SUMMARY REJSTŘÍK XIII