Konstrukce náprav moderních kolejových vozidel

Obsah - cíl prezentace Cílem prezentace je představení současných trendů v oblasti železničních náprav a to především s ohledem na snížení provozních nákladů. Část 1: Část 2: Část 3: Stručný pohled do historie Současnost Budoucnost konstrukce 3.1 náprav pro nákladní vozy 3.2 náprav pro lokomotivy 3.3 náprav pro osobní dopravu, včetně vysokorychlostních jednotek 3.4 náprav pro tramvaje Část 4: Část 5: Závěr - představení publikací BONATRANS Diskuze

1. Stručný pohled do historie - 1 Konstrukce náprav prošla dlouhým vývojem. Ještě po druhé světové válce se tvar náprav, v porovnání s těmi dnešními, značně lišil. Drážky pro péra Dnes si nedovedeme představit drážku pro pero na sedle pro ozubené kolo v kritickém místě nápravy, jak zobrazuje výkres níže vlevo. Přivařené příruby Také si nedovedeme představit přírubu - osazení přivařenou k dříku nápravy, jak zobrazuje výkres níže vpravo. Spojení kola pomoci péra na parní lokomotivě

1. Stručný pohled do historie - 2 Vývoj náprav je do značné míry spojen s vývojem ložisek. Na počátku kolejové vozidla používaly kluzné ložiska. Nápravy pak měly na čepech typické nákružky s ohledem na přenos podélných sil. Postupem času se začaly používat ložiska valivá. Ty byly poprvé použity v roce 1903. Výrobcem byla společnost DWF - Deutsche Waffen und MunitionsFabriken dnes součást koncernu SKF. K masovému použití valivých nápravových ložisek došlo až koncem 60-tých letech 20. století. Použití kluzných ložisek Jak vnější, tak vnitřní kluzné nápravové ložiska dnes patří minulosti, viz výkresy níže z konce 50-tých let, snad jen s výjimkou ložisek tlapových trakčních motorů. Nákružky na čepech

2. Současnost Dodnes používané dvojkolí UIC/ORE 136 920 bylo ve společnosti BONATRANS poprvé vyrobeno v roce 1977. Dvojkolí je určeno pro podvozky Y25. Náprava dvojkolí UIC/ORE 136 920, zobrazena na výkrese níže, je určená pro nápravové zatížení 22 tun. Tato náprava předznamenala současný přístup ke konstrukci náprav.

3. Budoucnost konstrukce náprav Budoucnost konstrukce náprav bude spočívat v důsledné segmentaci, tj. ve speciálních konstrukcích pro: nákladní vozy lokomotivy osobní vozy, metra, HS jednotky tramvaje Obecnými trendy dnešních náprav jsou: nízká hmotnost katalogizace - snižování závislosti zákazníků na dodavatelích dvojkolí (práva ke konstrukci) používání vrtání s vyvolenou řadou průměrů: 25, 30, 40, 45, 53, 55, 60, 65, 70, 80, 90, 110, (120). Dutá náprava, upravena pro použití vnitřních nápravových ložisek s vlisovanými vložkami. Konstrukce nápravy s malými rozdíly vnějších průměrů umožnuje výrobu náprav ze standardně vyráběných trub.

3.1 Nápravy pro nákladní vozy - 1 Konstrukce náprav pro nákladní vozy bude v dalším období směřována k větší bezpečnosti provozu, snižování četnosti UT zkoušek a celkovému snížení LCC. Dvojkolí s připojovacími rozměry pro podvozek typu Y25 bude nadále v Evropě obecně přijatým standardem. Stále častěji budou používány nápravy s nápravovým zatížením 25 tun. Ty mají obvykle průměr sedla pro kola 205 mm. Výjimkou jsou nápravy pro dvojkolí společnosti GATX. Ta s ohledem na zkušenost s neštěstím u Viareggio, kdy lom nápravy způsobil úmrtí 32 osob, používá nápravy ESFA European Safety Freight Axle s průměrem sedla pro kolo 215 mm. Pro nápravové zatížení 25 tun je používána náprava, která by podle požadavků normy EN 13103-1 vyhověly nápravovému zatížení 27 tun. Obr. z nehody u Viareggio

3.1 Nápravy pro nákladní vozy - 2 Nápravy pro nákladní vozy je možno rozdělit do následujících kategorií: Nápravy pro standardní podvozky typu Y25, DV: BA 004, ZD 29, BONA 313 Nápravy pro standardní podvozky Y25 se zvýšenou bezpečnosti DV: BA 319, BA 318, BA 320, BA 314, ESFA 313 Heavy haul nápravy nad 30 tun na nápravu Nápravy se sedly pro brzdové kotouče

3.1 Případová studie - dvojkolí pro SBB S ohledem na snížení nákladů na údržbu a s ohledem na přísné podmínky na hlučnost jsou stále častěji používána dvojkolí s brzdovými kotouči. Jako příklad je uvedeno dvojkolí pro SBB s optimalizovanou hmotnosti a životnosti kol. Dvojkolí má v porovnání se standardními konstrukcemi o 40 kg nižší hmotnost. První výhoda Tenčí deska = Snížená hmotnost Druhá výhoda Optimální materiálové vlastnosti = Delší životnost kola

3.2 Nápravy pro lokomotivy Nápravy pro lokomotivy jsou navrhovány podle různých norem s ohledem na zemi provozování. Z důvodu unifikace pojezdu lokomotiv je použita nejvíce konzervativní konstrukce, která je také nejtěžší. Rodina lokomotiv TRAXX společnosti BOMBARDIER, používá pro nápravové zatížení 22 tun nápravy s průměrem sedel pro kola 218 mm. Nejnovější lokomotiva TRAXX F120MS pro nápravové zatížení 25 tun používá nápravy s průměrem sedel pro kola 258 mm. Lokomotiva TRAXX F120 MS Výkon: 8 800 kw Trvalá síla na tažném háku: 60 tun Provozní teplota lokomotivy do: -55C Náprava je vyrobena z materiálu: EA4T v souladu s požadavky evropských norem a navíc byly nápravy po celé své délce silově válečkované

3.3 Nápravy pro osobní dopravu - 1 V současné době jsou téměř standardně používány dvojkolí s vnějšími nápravovými ložisky. S ohledem na nižší hmotnost se stále častěji budou používat dvojkolí s vnitřními ložisky. Podvozek FLEXX ECO4 - Energy, Efficiency, Economy, Ecology BOMBARDIER s vnitřními ložisky je použit na nejnovější verzi jednotek ICE4. Běžný podvozek jednotky Thameslink - SIEMENS s vnitřními ložisky váží 4,4 tuny, což je o 35 % méně než běžný podvozek jednotky Desiro UK, který používal dvojkolí s vnějšími ložisky. Nová platforma jednotek Mireo společnosti SIEMENS používá běžné podvozky s vnitřními nápravovými ložisky.

3.3 Nápravy pro osobní dopravu - 2 Nápravy s vnitřními nápravovými ložisky mají také svá úskalí, např.: Nápravové ložiska se lisují dorazem na osazení na nápravě což vyvolává nutnost přísných tolerancí. Nápravové ložiska jsou více namáhané a musí mít větší průměr z čehož plyne větší obvodová rychlost valivých tělísek a s tím spojena nižší životnost tuku. G M G G M Pro výměnu ložiska je nutno demontovat kolo. Kritické místo je v přechodu ze sedla pro kolo do čepu, které není v provozu dostupné. Sedlo pro kolo a sedlo pro čep má podobný průměr. Odtud plyne větší náchylnost nalisovaného spoje k fretting korozi.

3.3 Nápravy pro osobní dopravu - 3 S ohledem na výzvy se kterými je spojeno použití náprav s vnitřními ložisky je vhodné tyto nápravy, nad rámec požadavků evropských norem, dále technologicky upravit: Válečkováním Molybdenováním sedel Indukčním kalením, které má následující výhody: - Zvýšení meze únavy až o 90% - Vysoké zbytkové vnitřní pnutí - Vysoká odolnost proti zadření v průběhu lisování kol na nápravu - Nedochází ke zvýšení parametru vrubové citlivosti - Použitelnost pro libovolný design R75 38 R200 R15

3.3 Nápravy pro osobní dopravu - 4 Při použití indukčně kalených náprav dojde ke snížení celkových provozních nákladů. Úspory je dosaženo tím, že během 40 let se náprava nemusí měnit. Toto společnost BONATRANS garantuje bez ohledu na počet montáži kola na nápravu. Standardní nápravy obvykle odolávají deseti montážím kol na nápravu, pokud nejsou sedla pro kola opatřena speciálním povlakem, např. vrstvou molybdenu. Dále je úspory dosaženo snížením nákladů na údržbu. Konkrétně se sníží náklady na: Soustružení a broušení sedel nápravy, Manipulaci, skladování a přepravu, Ultrazvukové kontroly - nižší četnost. Navíc v případě poškození nátěru dříku nápravy není nutno nátěr opravovat v provozu. Toto opět společnost BONATRANS garantuje. Nátěr je možné opravit až v průběhu vyvazovací opravy. Indukčně kalené nápravy jsou totiž i bez nátěru schopny odolávat jak odlétávajícímu kamení, tak korozi bez toho, že by tyto vlivy iniciovaly vznik nebezpečných únavových trhlin.

3.3 Nápravy pro osobní dopravu - 5 Netradiční konstrukce dvojkolí pro osobní dopravu Společnost Talgo zavádí koncepci rodalů, které umožnují cestujícím průchod v jedné výšce podlahy v obou patrech dvoupodlažní jednotky. Rodaly jsou tvořeny ocelovým jhem se dvěma nezávisle se otáčejícími koly na vlastních krátkých nápravách. Ložiskové skříně rodalů jsou propojeny systémem táhel, které zajišťují dosažení minimálního úhlu náběhu mezi kolem a kolejnici během průjezdu obloukem. Kola nejsou jednou nápravou spojena do jednoho dvojkolí, proto je tuto koncepci možno použít pro provoz kolejových vozidel na různých rozchodech.

3.4 Nápravy pro tramvaje - 1 Nápravy pro tramvaje budou mít nadále nejednotnou podobu. Pro standardní tramvaje PCC a tramvaje se dvěma výškami podlah se budou nadále používat nápravy s vnitřními ložisky. Pro nízkopodlažní tramvaje s výškou podlahy do 350 mm je jediným možným technickým řešením použití nápravnic se samostatnými otočnými koly, prostřední obrázek vpravo. Kompromisem je výška podlahy 450 mm, což je nejnižší možná výška s možnosti použití standardních dvojkolí a náprav, dolní obrázek vpravo.

3.4 Nápravy pro tramvaje - 2 Příkladem přístupu kompromisu k výšce podlahy je tramvaj společnosti STADLER pro Ostravu s obchodním názvem TANGO NF II, která má být uvedena do provozu v srpnu roku 2018. Tramvaj má níže uvedené technické údaje: Continuously low-floor 360 mm/ 450 mm nad TK, 188 cestujících, 61 sedících Použití otočných podvozků s pojezdem 2 Bo Bo - 4 x 70 kw Maximální rychlost 80 km/h Nápravové zatížení 10 tun, průměr kol 610 mm Ložiska SKF

4 Závěr Představení publikací Společnost BONATRANS se problematice LCC/RAMS dlouhodobě věnuje. Každý rok k této problematice vydává novou publikaci: Rok 2016 - INNOTRANS Jakosti materiálu pro železniční kola a jejich dopad na spolehlivost a životnost dvojkolí Rok 2017 - RAILDAYS - TRAKO Dvojkolí pro vysokorychlostní a regionální jednotky a vozy Rok 2018 - INNOTRANS Nápravy moderních kolejových vozidel