Některé nejasnosti v evropských normách pro nákladní vozy a dopad na jejich schvalování

Transkript

1 Zdeněk Malkovský VÚKV a.s. Bucharova 1314/ Praha 5 malkovsky@vukv.cz 1

2 Název kapitoly (není závazné) OBSAH Úvod Bezpečnost proti vykolejení na zborcené koleji Ověřování schopnosti přenášet podélné tlačné síly Traťové zkoušky Vypružení nákladních vozů - pružiny pro podvozky skupiny Y25 Obrysy Pevnost skříní nákladních vozidel Závěr 2

3 ÚVOD V Bílé knize 2011 Plán jednotného evropského dopravního prostoru vytvoření konkurenceschopného dopravního systému účinně využívajícího zdroje se uvádí: Železnice, a zejména železniční nákladní doprava, je někdy považována na nepříliš přitažlivý způsob dopravy. Avšak příklady z některých členských států dokazují, že železnice může nabídnout kvalitní služby. Úkolem je provést strukturální změny, které by železnici umožnily účinně konkurovat a přebrat výrazně vyšší podíl přepravy nákladu (i cestujících viz níže) na střední a dlouhé vzdálenosti. K rozšíření či modernizaci kapacity železniční sítě bude zapotřebí značných investic. Postupně by měl být zaváděn nový železniční vozový park s tichými brzdami a automatickým spojovacím zařízením. 3

4 ÚVOD Současná úroveň znalostí v oboru nákladních vagónů je založena poznatcích zjištěných v rámci výzkumných projektů Evropského železničního výzkumného ústavu (ORE/ERRI); Činnost ERRI byla ukončena 30 června 2004; Od tohoto roku chybí komplexní výzkum v oblasti nákladních vagónů; Výsledkem této situace je, že evropské předpisy a normy často neodrážejí současný stav poznání nejen v oblasti vývoje a zkoušení vozidel, ale i provozních podmínek. Jaký je dopad na konkurenceschopnost nákladní železniční dopravy? 4

5 ÚVOD Podle Sdružení německých dopravců (VDV) existují na základě vývoje nákladů u železniční nákladní dopravy a na základě zakotvených národních a evropských norem a právních rámců velká rizika pro její konkurenceschopnost a další rozvoj. Struktura nákladů na vlakový kilometr (zdroj VDV) 5

6 ÚVOD Analýza platných norem a legislativy je ve VÚKV a.s. prováděna mimo jiné i v rámci projektu Technologické agentury České republiky Centrum kompetence drážních vozidel (CKDV). Činnosti CKDV v oblasti nákladních vagónů se realizují v rámci pracovních balíčků 2, 3, 5, 6, 13, 14 a 15: PB01 - Management projektu PB02 - Pojezdy PB03 - Skříně a karosérie PB04 - Interiéry vozidel PB05 - Vzájemné účinky vozidla a dopravní cesty PB06 - Vzájemné účinky vozidla a okolí PB07 - Řídicí systémy a zabezpečovací zařízení PB08 - Rekuperace PB09 - Bezpečnost PB10 - Mechanické části pohonů PB11 - Elektrické části pohonů PB12 - Hybridní pohony PB13 - Brzdové systémy PB14 - Provoz vozidel PB15 - Legislativa a technické předpisy 6

7 JÍZDNÍ BEZPEČNOST BEZPEČNOST PROTI VYKOLEJENÍ NA ZBORCENÉ KOLEJI V TSI WAG se shoda prokazuje buď v souladu s: postupem vymezeným v části 4.1 normy EN 14363:2005 nebo způsobem stanoveným v části 4.2 normy EN 15839:2012 pomocí předběžného výpočtu pro normalizovaná řešení. Podle normy EN 14363:2005 Železniční aplikace Přejímací zkoušky jízdních charakteristik železničních vozidel Zkoušení jízdních vlastností a stacionární zkoušky lze aplikovat jednu ze tří následujících metod: Metoda 1: Zkouška na zkušební koleji se změnou příčného sklonu Metoda 2: Zkouška na zkušebním zařízení se změnou příčného sklonu a na vodorovné zkušební koleji Metoda 3: Zkouška na zkušebním zařízení se změnou příčného sklonu a zkušebním zařízení pro vybočování 7

8 JÍZDNÍ BEZPEČNOST BEZPEČNOST PROTI VYKOLEJENÍ NA ZBORCENÉ KOLEJI V normě EN 15839:2012 Železniční aplikace Přejímací zkoušky jízdních charakteristik železničních vozidel Nákladní vozy Zkoušky jízdní bezpečnosti při působení podélných tlakových sil kapitola 4.2 neexistuje! V kapitole 6 normy EN 15839:2012 se uvádí: Osvobození od zkoušek a výpočtů na bezpečnost proti vykolejení podle kapitoly 4.1 EN 14363:2005 je pro nákladní vozy povoleno v případě, že parametry a typy pojezdu odpovídají těm, které v tabelovaných zkouškách ukázaly výsledky vyhovující mezním hodnotám a úhel okolku kola je 70. POZNÁMKA Parametry a typy pojezdu, které splňují požadovaná kritéria, jsou obsaženy vxpublikovaných výsledcích uvedených v příloze A, v příloze B a v příloze C v UIC 530-2:2008, dostupné na webové stránce (lze zvolit francouzštinu nebo němčinu). 8

9 JÍZDNÍ BEZPEČNOST BEZPEČNOST PROTI VYKOLEJENÍ NA ZBORCENÉ KOLEJI Výsledky zkoušky metodou 1 nebo 2 jsou závislé na mnoha náhodných vlivech stav povrchu kol a kolejnice, vlhkost, teplota okolí, vliv tažení/sunutí vozidla, vliv technologie jízdy, vlastností regulace použitého hnacího vozidla apod. V normě EN 14363:2005 je pro součinitel tření uvedeno: Součinitel tření t dry představuje poměr příčné třecí síly a svislé síly. Obrázek 4 znázorňuje tento vztah pro různé síly kola. Vysvětlení a odpovídající rovnice jsou uvedeny v A.3. t dry Součinitel tření t dry je definován pouze pro kolové síly Qo 40 kn a vyšší. Moderní nákladní vozy však mají statickou kolovou sílu výrazně nižší. Minimální přípustná kolová síla je přitom 16 kn Úhel náběhu (rad) 9

10 BEZPEČNOST PROTI VYKOLEJENÍ NA ZBORCENÉ KOLEJI Na rozdíl od zkoušek metodou 1 nebo 2 je předností metody 3 možnost zajištění prakticky laboratorních podmínek a tedy i dobrá porovnatelnost výsledků. Problémem je vzájemná porovnatelnost výsledků stanovených jednotlivými metodami. Kritéria jsou následující: a) Metoda 1: (Y/Q) 1,2 nebo zdvih kola nad T.K. Dz max 5 mm b) Metoda 2: (Y/Q) 1,2 JÍZDNÍ BEZPEČNOST c) Metoda 3: (DQ/Q 0 ) 0,6 a zároveň součinitel X musí být menší, než limitní hodnota Pokud vyjde vozidlo jednou z uvedených metod, je považováno jako vyhovující. Metodu 3 je přípustné použít pouze pro vozidla se dvěma dvounápravovými podvozky. 2Q 0 (kn) 10

11 JÍZDNÍ BEZPEČNOST OVĚŘOVÁNÍ SCHOPNOSTI PŘENÁŠET PODÉLNÉ TLAČNÉ SÍLY Zkoušky jízdní bezpečnosti při působení podélných tlakových sil jsou popsány v normě EN 15839:2012 Železniční aplikace Přejímací zkoušky jízdních charakteristik železničních vozidel Nákladní vozy Zkoušky jízdní bezpečnosti při působení podélných tlakových sil. Podmínky provádění zkoušky zasluhují nové posouzení minimálně ve dvou následujících aspektech: Je předepsáno provádět zkoušku s krycími vozy osazenými nárazníky kategorie A a poloměrem kulového povrchu talířů nárazníků R=1500 mm. Paradoxem je, že pro používání u nákladních vozů jsou již od roku 1984 předepsány nárazníky s poloměrem kulové plochy talíře R=2750 mm. Jedním z krycích vozů předepsaných pro tuto zkoušku je čtyřnápravový plošinový vůz Rs680. Jedná se o konstrukci z 50. let 20. století, ve velmi omezeném počtu (řádově 200 ks) provozovanou u DB. Pravděpodobnost, že se nějaký nákladní vůz setká v provozu s oběma těmito podmínkami současně, je prakticky nulová. 11

12 TRAŤOVÉ ZKOUŠKY JÍZDNĚ TECHNICKÉ ZKOUŠKY 1) Musí být zkoušen vagón se zavedeným pojezdem? Podmínky pro odpuštění zkoušky nejsou zcela jednoznačně definovány. TSI WAG se odkazuje na dokument ERA/TD/ INT Interoperability unit. Technical dokument. Specific procedur efor running dynamics z Tento dokument uvádí některé parametry odchylně od normy EN 16235:2013 Železniční aplikace Přejímací zkoušky jízdních charakteristik kolejových vozidel Nákladní vozy Podmínky k upuštění od jízdních zkoušek podle EN u nákladních vozů s definovanými charakteristikami. 2) Zavedený pojezd JÍZDNÍ BEZPEČNOST Pojem zavedený pojezd uvedený v kapitole platných TSI WAG není v TSI jednoznačně definován. Tento pojem je definován v EN 16235:2013. Obdobně není v TSI jednoznačně definován pojem skupina Y25. Pojem podvozky skupiny Y25 je definován rovněž až EN 16235:2014. Na závěr této definice se uvádí... a nazývané například Y21, Y23, Y25, Y27, Y31, Y33 a Y37. Nedostatkem TSI je, že neobsahuje definice těchto pojmů, anebo alespoň odkaz na definice uvedené v normě EN 16235:2014. V původních TSI WAG byl uveden v příloze Y podrobný seznam všech pojezdů splňujících zařazení do skupiny zavedených pojezdů. 12

13 JÍZDNÍ BEZPEČNOST TRAŤOVÉ ZKOUŠKY JÍZDNĚ TECHNICKÉ ZKOUŠKY Parametry zavedeného pojezdu skupiny Y25 podle EN 16235:

14 JÍZDNÍ BEZPEČNOST TRAŤOVÉ ZKOUŠKY JÍZDNĚ TECHNICKÉ ZKOUŠKY Parametry skříně vozidla s podvozkem skupiny Y25, při jejichž splnění může být podle EN 16235:2013 upuštěno od traťových zkoušek: 14

15 JÍZDNÍ BEZPEČNOST VYPRUŽENÍ NÁKLADNÍCH VOZŮ - PRUŽINY PRO PODVOZKY SKUPINY Y25 Norma EN 16235:2014 uvádí v příloze H parametry standardizovaných pružin podvozků skupiny Y 25. Hodnoty uvedené v EN 16325:2014 jsou v rozporu s hodnotami uvedenými ve vyhlášce UIC 517. Jedná se přitom o jedny a ty samé pružiny, pokud jde o základní funkční parametry (střední průměr, průměr drátu, počet činných závitů). V některých případech jsou hodnoty tuhosti podle vyhlášky UIC 517 zcela mimo toleranční pole analogické sady podle EN 16235:2014. Z tabulky je patrný ničím neodůvodněný nesoulad v parametrech. Přitom ve vyhlášce UIC 517 byly uvedeny hodnoty originálních podvozků skupiny Y 25. Podvozky skupiny Y 25 jsou přitom standardní podvozky UIC. 15

16 OBRYS VOZIDEL Revize TSI WAG uvádí jako závaznou kompletní normu EN :2009. V TSI WAG jako interoperabilní obrys není uveden obrys G2. Kinematické obrysy GA, GB a GC G2 16

17 OBRYS VOZIDEL Obrys G2 je dlouhodobě zaveden v zemích střední Evropy (např. Německo, ČR, SR, Rakousko, Maďarsko, Polsko). Protože ale tento obrys není zaveden v TSI WAG, lze ho používat pouze na základě dvoustranných dohod. To znamená, že vozidlo musí být pro uvedení do provozu prověřeno v každém státě, kam se předpokládá jeho zajíždění. To je v přímém rozporu se záměrem zavedení TSI jako nástroje pro zjednodušení schvalování vozidel a jejich uvedení do provozu. Přitom, jak je patrné z porovnání na předchozích obrázcích, je obrys G2 podmnožinou obrysu GC a je bez problémů provozovatelný na podstatně větší délce tratí, než např. obrys GC. Na tento rozpor bylo poukazováno a o začlenění G2 bylo žádáno v rámci připomínkového řízení k revidovaným TSI WAG. Bohužel toto nebylo ze strany zpracovatelů TSI akceptováno. Stejná situace je i u lokomotiv a vozidel pro přepravu cestujících, u nichž je provedeno posouzení shody s požadavky TSI LOC & PAS 17

18 OBRYS VOZIDEL Snaha zvýšit efektivnost přepravy kontejnerů po železnici vede k nekonvenčním konstrukcím nákladních vozů pro přepravu kontejnerů vůz VEL vůz ř. Sggnss 80 (TVP) Takový vůz se svými rozměry vymyká standardním vozům podle vyhlášky UIC => přidělení kódu kompatibility podle UIC takovému vozu se stává problémem. 18

19 OBRYS VOZIDEL Rozsah diagramu ve vyhlášce UIC končí pro vzdálenost otočných čepů a = 16,15 m Diagram z vyhlášky UIC 596-6? 18 a = 18 m (VEL) a = 19,3 m (TVP) 19

20 OBRYS VOZIDEL Postup aplikovaný ve VÚKV pro stanovení hodnoty korekčního čísla pro kód kompatibility C (značí vůz pro přepravu kontejnerů) Analýza obsahu vyhlášek UIC a UIC Identifikace diagramu ve vyhlášce UIC jako rozhodujícího pro řešení zadání. Zjištění, že vzdálenost otočných čepů podvozků zadaného vozu je větší než rozsah diagramu. Interpretace technického obsahu diagramu Extrapolace diagramu pro vzdálenost otočných čepů podvozků zadaného vozu. Výpočet korekčního čísla. 20

21 výška podlahy od TK [mm] OBRYS VOZIDEL Interpretace technického obsahu diagramu Extrapolace diagramu pro vzdálenost otočných čepů podvozků zadaného vozu. Graf závislosti výšky podlahy kontejnerových vozů a vzdálenosti otočných č e p ů extrapolace VÚKV a.s vzdálenost otočných čepů a [m] příloha D, UIC Typ 2 Typ 2a Typ 2b Typ 4 Typ 4a Typ 1 Typ 5 Řada9 Výpočet korekčního čísla. 21

22 PEVNOST SKŘÍNÍ NÁKLADNÍCH VAGÓNŮ SOUČASNÝ STAV TSI WAG Nařízení komise (EU) č. 321/2013 a 1236/2013 Článek Konstrukce skříně jednotky, všechny úchyty zařízení a body pro zvedání musí být navrženy tak, aby v případech zatížení vymezených v kapitole 5 normy EN :2010 nevznikly žádné trhliny, žádné významné trvalé deformace nebo porušení materiálu. Postupy spojování se považují za vyhovující prokázáním shody v souladu s bodem Článek Prokázání shody se provede v souladu s kapitolami 6 a 7 normy EN :2010. Pokud jde o spoje, musí existovat uznávaný postup ověření, který v etapě výroby zajistí, že žádná vada nesmí zhoršit požadované mechanické vlastnosti konstrukce. Dodatek C, článek 3 - Způsobilost sjíždět svážné pahrbky Kromě požadavků bodu musí být jednotka posouzena v souladu s bodem 8 normy EN :2010 a zařazena do kategorie F-I v souladu s bodem 5.1 normy EN :2010 s touto výjimkou: pro jednotky navržené pro přepravu motorových vozidel nebo jednotky pro kombinovanou přepravu bez tlumičů nárazů s velkým zdvihem lze použít kategorii F-II. Použijí se požadavky týkající se zkoušek nárazníků stanovené v bodě normy EN :

23 PEVNOST SKŘÍNÍ NÁKLADNÍCH VAGÓNŮ SOUČASNÝ STAV EN : Železniční aplikace Pevnostní požadavky na konstrukce skříní kolejových vozidel Část 2: Nákladní vozy Původní norma pro dimenzování skříní kolejových vozidel EN 12663:2000 byla rozdělena do dvou částí. Norma EN Železniční aplikace Pevnostní požadavky na konstrukce skříní kolejových vozidel Část 1: Lokomotivy a vozidla osobní dopravy (a alternativní metoda pro nákladní vozy) obsahuje zejména metody validace konstrukce skříní lokomotiv a vozidel pro přepravu osob. Je zároveň alternativní metodou k normě EN pro nákladní vagóny. Norma EN Železniční aplikace Pevnostní požadavky na konstrukce skříní kolejových vozidel Část 2: Nákladní vozy obsahuje validační metody pro nákladní vagóny a jejich části, které jsou založeny prakticky na výsledcích zkoušek. Norma EN :2011 přebírá prakticky všechny postupy a požadavky ze zprávy ERRI B 12 /RP 17. Tato situace nepředstavuje stav techniky, ale naopak vrací dimenzování skříní nákladních vagónů zpět na úroveň 70. let 20. století. 23

24 PEVNOST SKŘÍNÍ NÁKLADNÍCH VAGÓNŮ DŮSLEDKY UVEDENÉHO STAVU Bylo zjištěno v provozu mnoho pevnostních poruch na skříních kolejových vozidel. Na základě provedené analýzy lze důvody pro jejich vznik stanovit následovně: 1) Špatná kvalita výroby; 2) Nesprávné použití nákladního vozu; 3) Dimenzování skříně striktně podle EN nebo ERRI B12/RP 17. Důvody: - Posouzení shody s požadavky TSI WAG a EN nezohledňuje všechna reálné zatížení; - Nedostatečné a nekonzistentní hodnoty dovolených napětí; - Nedostatečné zohlednění skutečných provozních podmínek nákladních vagónů. 24

25 PEVNOST SKŘÍNÍ NÁKLADNÍCH VAGÓNŮ PŘÍKLAD ÚNAVOVÝCH PORUCH VAGÓN ř. Hbillns - Dynamická napětí vznikající při jízdě plně loženého vozu nepřekračují limitní hodnoty napětí; - Dynamická napětí vznikající při jízdě prázdného vozu významně překračují limitní hodnoty napětí; - Podle EN není požadováno ověřovat pevnost skříně pouze od vlastní hmotnosti. 25

26 PEVNOST SKŘÍNÍ NÁKLADNÍCH VAGÓNŮ PŘÍKLAD ÚNAVOVÝCH PORUCH VAGÓN ř. Hbillns 20 MPa 112 MPa Namáhání od ložení 30,5 t 26 vlastní hmotnosti

27 PEVNOST SKŘÍNÍ NÁKLADNÍCH VAGÓNŮ PŘÍKLAD ÚNAVOVÝCH PORUCH VAGÓN ř. Hbillns Namáhání v provozu Ložený vůz 45 t Prázdný vůz 27

28 PEVNOST SKŘÍNÍ NÁKLADNÍCH VAGÓNŮ PŘÍKLAD ÚNAVOVÝCH PORUCH VAGÓN ř. Rilnns 28

29 PEVNOST SKŘÍNÍ NÁKLADNÍCH VAGÓNŮ PŘÍKLAD ÚNAVOVÝCH PORUCH VAGÓN ř. Rilnns 0 MPa Symetrické ložení 254 MPa Vyosení ložení 192 mm 29

30 PEVNOST SKŘÍNÍ NÁKLADNÍCH VAGÓNŮ PŘÍKLAD ÚNAVOVÝCH PORUCH VAGÓN ř. Rilnns s (MPa) s (MPa) s = 1,3123.vyosení 200 s = 25,15.zkroucení Vyosení nákladu (mm) Zkroucení vozu (mm) Vyosení nákladu Závislost napětí v kritickém místě na: Zkroucení skříně vozu V normě EN jsou uvedeny pouze některé typy provozních namáhání. Komplexnější pohled na provozní namáhání nákladních vozů v normě chybí. 30

31 PEVNOST SKŘÍNÍ NÁKLADNÍCH VAGÓNŮ PŘÍKLAD ÚNAVOVÝCH PORUCH VAGÓN ř. Rilnns Příklad ložení vagónu ř. Rilnns 31

32 ZÁVĚR Název kapitoly (není závazné) - Uvedené příklady ukazují jen některé nedostatky v normách pro nákladní vagóny; - Problematika nákladních vagónů je v současné době poněkud na okraji zájmu v porovnání s lokomotivami a vozidly pro přepravu osob; - Je často velmi obtížné v rámci přípravy revize norem prosadit potřebné změny; - Pro další rozvoj oboru nákladních vagónů je potřebné zjednodušit soubor platných předpisů, ale zároveň je nutné realizovat určitá zpřesnění; - Je nutné, aby výrobci nákladních vagónů a provozovatelé nákladní dopravy se více zapojili alespoň do připomínkování návrhu norem a TSI. 32

33 ZÁVĚR Název kapitoly (není závazné) Bude možné schválit nekonvenční konstrukce nákladních vozů a jejich částí? 33

34 ZÁVĚR Název kapitoly (není závazné) Jsou domyšleny všechny důsledky řešení, které jsou prosazovány z politické úrovně? Snížení úrovně hluku zavedením kompozitových špalíků 34

35 Název kapitoly (není závazné) Děkuji za pozornost 35