Posuzování dynamky pohybu drážních vozdel ze záznamu jejch jízdy Ing. Jaromír Šroký, Ph.D. ŠB-Techncká unverzta Ostrava, Fakulta strojní, Insttut dopravy, tel: +40 597 34 375, jaromr.sroky@vsb.cz Úvod Pro možnost analýzy pohybu a dynamky drážních vozdel musí exstovat záznam pohybu těchto vozdel. Legslatva České republky pro drážní vozdla [] podle jednotlvých drah stanoví následující požadavky na regstrační zařízení a regstrac pohybu vozdel. Každé hnací drážní vozdlo a specální hnací vozdlo s rychlostí vyšší než 40 km/h musí být na drahách celostátních a regonálních být vybaveno regstračním rychloměrem. Specální hnací drážní vozdlo s provozní rychlostí 0 km/h až 40 km/h včetně musí být osazeno alespoň rychloměrem bez regstrace. Hnací drážní vozdlo pro rychlost vyšší než 00 km/h musí být vybaveno přesným kalbrovaným dgtálním rychloměrem s korekcí průměru kol. U hnacích drážních vozdel elektrcké a motorové trakce a řídcích vozů musí být ndkační část rychloměru na stanovšt, z něhož se vozdlo řídí. Regstrační rychloměr musí regstrovat: rychlost v závslost na ujeté dráze; dobu stání a jízdy; čas; obsluhu tlačítka bdělost vlakového zabezpečovače nebo zařízení pro kontrolu bdělost osoby řídící drážní vozdlo (pokud je drážní vozdlo tímto zařízením vybaveno); doplňkové velčny podle typu rychloměru. Drážní vozdla dráhy specální pro přepravu cestujících musí být vybavena regstračním rychloměrem, který je na stanovšt osoby řídící toto vozdlo a musí zobrazovat nejméně okamžtou rychlost drážního vozdla v km/h, čas a počet ujetých km.
Regstrační část rychloměru musí být umístěna tak, aby nemohla být poškozena př nehodě a musí regstrovat nejméně posledních 000 m ujeté dráhy se záznamem: dráhy a rychlost; času; druhu použté brzdy; zapnutí (režm) zabezpečovacího zařízení; povolovacích kódů zabezpečovacího zařízení; zakazujícího kódu zabezpečovacího zařízení; směru pohybu drážního vozdla. Specální vozdla hnací na této dráze musí být vybavena rychloměrem, který musí zobrazovat nejméně okamžtou rychlost v km/h a počet ujetých km. Každé hnací drážní vozdlo dráhy tramvajové a dráhy trolejbusové musí být vybaveno regstračním rychloměrem, který musí na řídcím panelu zobrazovat nejméně okamžtou rychlost drážního vozdla v km/h a počet ujetých km. Regstrační zařízení musí regstrovat nejméně posledních 500 m ujeté dráhy se záznamem: dráhy a rychlost; počátku a konce brzdění; druhu použté brzdy; použtí směrovek; použtí výstražného sgnálu (zvonec, houkačka). Z hstore regstrace pohybu drážních vozdel Mez nejstarší typy regstračních rychloměrů u používaných u kolejových hnacích vozdel na územích bývalé ČSR patří regstrační rychloměr Hausshälter od frmy Sedel &Neumann Dresden, který se používal u parních lokomotv jž v první polovně 0. století. (vz obrázek Obr. a).
Obr. a: Regstrační rychloměr Hausshälter [] Obr. b: Ukázka záznamu regstračního rychloměru Hausshälter [3] Záznam se provádí na papírový proužek o šířce 50 mm vpchováním ocelových jehel, umístěných v přímce kolmé na směr posuvu proužku. Záznam je nespojtý, ukázka záznamu je na obrázku Obr. b. Rychloměr ndkuje: rychlost vozdla v km/h Rychloměr regstruje: rychlost vozdla v km/h, čas a ujetou dráhu. Posuv záznamového proužku je pouze časový, odvozený od hodnového strojku, který je za jízdy natahován samočnně od pohonu rychloměru. Př stání je strojek poháněn perem, ale pouze po dobu 5 až 0 mnut. Rychloměr regstruje střední rychlost v časovém ntervalu s př vzdálenost vpchů 0,8 mm. Čas byl zaznamenáván vpchy, jejchž vzdálenost 6 mm představovala dobu,5 mn. Dráha byla regstrovaná vpchy, jejchž vzdálenost představovala ujetou dráhu /3 km nebo / km podle rozsahu rychloměru. 3
Další generac regstračních rychloměrů, používaných v polovně mnulého století především na parních lokomotvách, představuje rychloměr ČSD Tb jehož předobrazem byly rychloměry HASLER 9. (vz obrázek Obr. a). Obr. a: Regstrační rychloměr ČSD Tb [] Obr. b: Ukázka záznamu regstračního rychloměru ČSD Tb [3] Záznam se provádí na papírový proužek o šířce 55 mm spojtým pohybem stříbrných psátek, umístěných v přímce kolmé na směr posuvu proužku. Záznam je, na rozdíl od předchozího typu, spojtý. Ukázka záznamu je na obrázku Obr. b. Rychloměr ndkuje: rychlost vozdla v km/h, čas v mnutách a hodnách Rychloměr regstruje: rychlost vozdla v km/h, čas, ujetou dráhu a směr pohybu. Posuv záznamového proužku je př jízdě odvozen od ujeté dráhy, př stání vozdla je časový, odvozený od hodnového strojku, který je za jízdy natahován samočnně od pohonu 4
rychloměru. Př stání je strojek poháněn perem, ale pouze po dobu 0 až 40 mnut. Př stání vozdla posuv proužku o mm představoval dobu mnuta. Rychloměr regstruje rychlost do pásma o konstantní šířce (40 mm) pro všechny rozsahy rychloměrů. Časový nterval byl s. Čas byl zaznamenáván spojtou, zubatou čarou, kde jeden zub představuje dobu mn. Dráha př dráhovém posunu byla regstrovaná vpchy, jejchž vzdálenost (4 mm) představovala ujetou dráhu / km. Rartu mez regstračním rychloměry pro kolejová hnací vozdla představuje regstrační rychloměr TEL R0 od frmy Hasler A. G. Bern (vz obrázek Obr. 3a). Regstrac provádí do vrstvy nezasychající barvy, nanesené na skleněném kotouč, který se za pohybu vozdla otáčí. Používal se však jen pro vybranou skupnu motorových vozů. Obr. 3a: Regstrační rychloměr TEL - R0 [3] 5
Obr. 3b: Ukázka záznamu regstračního rychloměru TEL - R0 [3] Na skleněný kotouč je předtštěna rychlostní stupnce v soustředných kruzích. rstva barvy je nanášena válečkem. Rychloměr ndkuje: rychlost vozdla v km/h a ujetou dráhu v km. Rychloměr regstruje: rychlost vozdla v km/h, ujetou dráhu a účnek tlakové brzdy. Posuv záznamového proužku je odvozený od poháněcího hřídele. Př stání je kotouč v kldu. Rychloměr regstruje rychlost spojtě, nulová rychlost je na vnějším obvodu kotouče. Časový nterval byl s. Užtečná dráha záznamu byla 50 m, kde jeden dílek předtštěné stupnce představoval dráhu m. Čnnost brzdového zařízení byla zaznamenávaná psátkem vně rychlostní stupnce. Současná řešení regstrace pohybu drážních vozdel současné době se používají regstrační rychloměry, pracující na dvou prncpech záznamu regstrovaných velčn. 6
Mechancké regstrační rychloměry záznam je prováděn spojtý záznam mechanckým působení hrotů na záznamový proužek se specální povrchovou úpravou. Elektroncké regstrační rychloměry záznam sledovaných velčn je realzován na elektroncký záznamový nosč, nejčastěj PCMCIA kartu.. Mechancké regstrační rychloměry drážních vozdel současné době převážnou většnu mechanckých regstračních rychloměrů na železnčních hnacích a specálních vozdel tvoří zařízení, odvozená od regstračních rychloměrů typu TELOC RT od frmy Hasler A. G. Bern. U nás byly dodávány podnkem Metra Blansko, popř. Laboratorním přístroj Praha. Kromě regstrace základních velčn umožňují provádět doplňkovou regstrac dalších velčn a generovat některé řídcí sgnály závslé na rychlost nebo ujeté dráze (ovládání mazání okolků, deaktvace kontroly bdělost strojvedoucího v př stání vozdla apod.). Ukázka regstračního rychloměru od frmy Hasler je na obrázku Obr. 4a, obdobného rychloměru od frmy Metra Blansko na obrázku Obr. 4b. Obr. 4a: Regstrační rychloměr od frmy Hasler Obr. 4b: Regstrační rychloměr od frmy Metra Blansko 7
Záznam velčn se provádí na papírový proužek o šířce 0 mm se specální povrchovou úpravou. Tou je buď tenká vrstva parafínu, která se mechanckým působením hrotů poruší a stopa je vdtelná (př určtém úhlu dopadu světla). současné době více používanou povrchovou úpravou záznamového proužku je specální vrstva ctlvá na mechancké působení, které vyvolává změnu barvy této vrstvy (obdoba samopropsujících papírů). Ukázka fragmentu takového to záznamového proužku je na obrázku Obr. 5. Obr. 5: Ukázka záznamového proužku. Rychloměr ndkuje: rychlost vozdla v km/h, čas v mnutách a hodnách a projetou dráhu v km. Rychloměr regstruje: rychlost vozdla v km/h, čas v hodnách, dobu jízdy a stání v mnutách, ujetou dráhu, obsluhu tlačítka bdělost, sgnalzac návěst Stůj na opakovač a voltelně další dvou č třístavové velčny, popř. další spojtou velčnu podle požadavku provozovatele. Přenos otáčení dvojkolí, od kterého je stanovovaná regstrovaná rychlost a dráha, je možný: pevným hřídelem; ohebným hřídelem; elektrcky. Pohon hodnového strojku pro ndkac a záznam času a posuv proužku př stání je pružnou, napínanou klčkou na čelní straně rychloměru obsluhou vozdla. 8
Posuv záznamového proužku je př jízdě odvozen od ujeté dráhy, př stání vozdla je časový, odvozený od hodnového strojku. Dráhový posun je u většny rychloměrů 5 mm na ujetý km, časový posuv př stání vozdla je 5 mm/hod. Rychloměr regstruje rychlost do pásma o konstantní šířce (40 mm) pro všechny rozsahy rychloměrů. Záznam rychlost je spojtý. Čas je regstrován dvěma záznamy, kde jeden je hodnový. celou hodnu je na proužek vyznačena tento čas bodem s uvedením hodny v ntervalu 0 až 3 hod. Samostatně je spojtý mnutový záznam, kdy záznam v rozpětí 0 mn je realzován pohybem psátka v pásu šrokém 0 mm. Dráha je regstrovaná pomocí vpchů realzovaných posouvacím válcem rychloměru.. Elektroncké regstrační rychloměry drážních vozdel Souprava tachografu TT-3 Tachograf TT-3 slouží k zaznamenávání průběhu jízdy tramvají, trolejbusů a autobusů provozovaných v městské hromadné dopravě. Záznam pohybu vozdla vyhovuje požadavkům legslatvy pro drážní vozdla drah tramvajových a trolejbusových, tj. posledních 500 m jízdy je zaznamenáváno s přesností 5 cm. [4] Soupravu tachografu tvoří: čdlo rychlost, zobrazovací jednotka s analogovým ukazatelem rychlost a dvouřádkovým číslcovým dsplejem - vz Obr. 6., záznamová jednotka s výměnnou paměťovou kartou PCMCIA a kabely. Obr. 6: Zobrazovací a komunkační jednotka tachografu TR-3 [4]. Zobrazovací jednotka umožňuje: zobrazení okamžté rychlost vozdla v analogové podobě na stupnc s osvětlením, zobrazení okamžté rychlost, vozdla ev. času na pomocném dsplej a funkc budíku se zvukovou sgnalzací, 9
zobrazení kumulované hodnoty ujetých klometrů a zobrazení denního proběhu s nulováním na pomocném dsplej, u trolejbusů a tramvají možnost zobrazení spotřebované popř. rekuperované energe. Záznamová jednotka je umístěna mmo deformační zónu vozdla a umožňuje: přpojení jedné nebo dvou zobrazovacích jednotek, záps na kartu PCMCIA s kapactou pamět až do MB, záps 4 až 48 dvoustavových sgnálů a 4 analogových dskrétních sgnálů v závslost na dráze a na čase, krátký záznam stavových sgnálů a rychlost v délce 500 m dráhy s krokem záznamu 5 cm, dlouhý záznam stavových sgnálů a rychlost s voltelným kroky záznamu 0,5 m a až 0 m, délka dlouhého záznamu př kroku 0 m je cca 450 km, provádění brzdných zkoušek s krokem 5 cm, trolejbusů a tramvají možnost záznamu spotřebované popř. rekuperované energe využtí 3 výstupů pro ovládání dalších zařízení vozdla v závslost na rychlost nebo stavu zaznamenávaných sgnálů, spoluprác s palubním počítačem směrového nformačního systému, Užvatelský program je přehledný a na užvatele klade mnmální nároky. Umožňuje: zobrazení záznamů grafcky tabulkou, výběr úseku z celého záznamu, volbu měřítka zobrazení, lstování a vyhledávání vybraných dat ze záznamů, tsk záznamů jízdy vz obrázek Obr. 7a a 7b, statstcké zpracování parametrů jízdy ze záznamů. tsk protokolu o nehodovém děj, 0
Obr. 7a: Ukázka tštěného výstupu vyhodnocovacího software. Obr. 7b: Ukázka tštěného výstupu vyhodnocovacího software.
Elektroncký rychloměr řady RE Elektroncký rychloměr slouží především pro měření, zobrazení, záznam rychlost a ujeté dráhy kolejových vozdel. Dále rychloměr umožňuje regstrac dalších dvoustavových (bnárních) a analogových vstupních sgnálů charakterzujících provozní stavy kolejového vozdla. Rychloměr může spolupracovat s jným zařízení kolejového vozdla prostřednctvím kontaktů výstupních relé nebo polovodčových spínačů. Prostřednctvím sérové komunkace může spolupracovat s palubním počítačem nebo dalším zařízením vozdla. Záznam vlastní dynamky jízdy kolejového vozdla je prováděn do polovodčové pamět FLASH. Elektroncký rychloměr je koncpován jako stavebnce z komponent: komunkační a ndkační jednotky, jednotka elektronky, snímač tlaku, snímač otáček, přjímač časové nformace. Komunkační jednotky slouží k zobrazování rychlost a jako rozhraní mez rychloměrem a strojvedoucím. Indkace rychlost je doplněna o zobrazovače předvolené a maxmální rychlost a LED ndkací zrychlování nebo zpomalování vozdla. Ovládacím tlačítky se provádí dentfkace obsluhy a realzovaného výkonu vozdla. Informace o pohybu vozdla je snímána snímačem na nápravě, tlak v průběžném potrubí brzdy je snímán snímačem tlaku. Přjímač časové nformace slouží pro synchronzac rodn rychloměru. Do vntřní pamět FLASH jsou ukládány statstcké nformace a nformace o ujeté vzdálenost, rychlost, tlaku, stavu dgtálních vstupů, atd. Př max. osazené kapactě této pamět (0670 kb) lze zaznamenat 00000 až 00000 km jízdy vozdla. Součástí záznamu jsou souvsející statstcké údaje (např. průměr kol, číslo vlaku, číslo strojvedoucího, atd.). Soubor programů pro vyhodnocování dat sestává z: manažeru souborů jízd; modulu stahování dat; modulu pro grafcké zobrazení jízd; edtoru tratových značek.
Obr. 8: Komunkační jednotky, řídící jednotka a snímač otáček elektronckého rychloměru [5]. 3 Rychlá analýza záznamu pohybu drážních vozdel Legslatvní podmínky provozu hnacích kolejových vozdel a některých specálních drážních vozdel vyžadují zaznamenávání vybraných parametrů pohybu těchto vozdel. U značného počtu těchto vozdel je tento záznam realzován mechanckým regstračním rychloměrem. Tento zaznamenává průběhy jednotlvých parametrů mechanckým působením hrotů psátek na specální povrchovou vrstvu papírového proužku (dále jen rychloměrný proužek nebo RP ). Tím vznká optcký záznam těchto parametrů. rámc kontroly provozu těchto vozdel je provozovatel povnen provádět kontrolu těchto záznamů, a to nejen po stránce formální (archvace, dentfkace vozdel, obsluhy projetých úseků atd.), ale po stránce obsahové (kvalta záznamu, průběh jednotlvých regstrovaných parametrů). Tato část textu předkládá ukázku postupu pro realzac odečtu parametrů bodů jednotlvých zaznamenaných průběhů pomocí nástrojů dostupných v kancelářských aplkacích osobních počítačů. 3
3. Techncké prostředky Pro realzac postupů charakterzovaných v následujících částech textu je zapotřebí technckých prostředků, které jsou běžně dostupné na kterémkol pracovšt vybaveného průměrnou kancelářskou výpočetní technkou a užvatele s průměrnou znalostí použtí výpočetní technky. Pro vytvoření dgtálního obrazu záznamu je nutné zařízení typu scanner (samostatný nebo v multfunkčním provedení), který je schopen v součnnost s PC vytvořt rastrový soubor, který obsahuje btový obraz posuzovaného záznamu v rozlšení alespoň 300 DPI. Pro snadnější optcké rozlšení jednotlvých částí obrazu záznam je vhodné obraz realzovaných alespoň v podání 56 barev. Barevná hloubka ovlvňuje velkost výsledného souboru s obrazem a tím podmínky jeho následného zpracování. Další čnnost jsou řešeny pomocí SW vybavení použtého PC, které odpovídá běžným kancelářským aplkacím. Pro požadovanou rektfkac získaného obrazu se využívají programová vybavení pro zpracování a úpravu obrázků v rastrové grafce. SW musí podporovat otáčení obrazů v kroku mnmálně 0,. Př dalším zpracování obrazu záznamu se využívá SW na báz tabulkových procesorů, který musí splňovat následující požadavky: grafy zobrazující body tvořené dvojcí hodnot v pravoúhlém souřadném systému; tvorba nteraktvně upravovatelných grafů; grafy s pozadím v rastrové grafce; možnost vytváření užvatelských programovacích sekvencí. Těmto požadavků vyhovuje například tabulkový procesor z kancelářského balíku Mcrosoft Offce. Pro realzac, jejíž ukázky jsou v textu tohoto článku, byl použt tabulkový procesor Excel 003 z uvedeného kancelářského balíku. 3. Metodka určení parametrů bodů záznamu. Následující text popsuje jednotlvé kroky postupu pro určení parametrů bodů záznamu. Podstatou je stanovení hodnoty souřadnc těchto bodů v dgtalzovaném obraze záznamu z papírového nosče. 4
3.. Dgtalzace záznamu Dgtalzací vznká rastrový obraz záznamu parametrů pohybu vozdla, zaznamenaný původně na papírovém nosč rychloměrném proužku. znklý obraz je základním vstupním podkladem pro další čnnost. Požadavkem je, aby vznklý obraz zachycoval všechny podstatné část záznamu. 3.. Rektfkace záznamu Dgtalzací záznamu pomocí technckých prostředků popsaných v část 3. vznká btová mapa, kde polohu obrazů posuzovaných bodů je možno popsat pomocí hodnot souřadnc v tomto obraze. Aby bylo možno použít těchto souřadnc pro stanovení charakterstk bodů analyzovaných průběhů, je nutno zajstt, aby obraz předtsku z nosče záznamu byl rovnoběžný se souřadným systémem grafckého prostředí, ve kterém bude probíhat odečet souřadnc bodů obrazu. Tato rektfkace se realzuje postupným otáčením sejmutého dgtalzovaného obrazu v grafckém edtoru do takové polohy, aby obraz předtsku (nebo obraz okraje nosče) byl rovnoběžný s osou x tohoto edtoru. Po provedené rektfkac a uložení takto upraveného obrazu vznká základní grafcký podklad pro následnou analýzu. 3..3 Příprava grafckého prostředí Tato příprava spočívá ve vytvoření základu vyhodnocovací tabulky a grafu, zobrazujícího body defnované x a y souřadncí v lneárním, pravoúhlém souřadném systému. Tento graf, jehož grafckým podkladem je rektfkovaný obraz záznamu pohybu vozdla, pak slouží k nteraktvnímu umsťování rozhodujících bodů pro analýzu průběhů a následnému určování souřadnc těchto bodů. Před vlastní analýzou je nutno provést některé postupy, potřebné pro stanovení měřítek a defnování mřížky obrazu. Pak následuje adjustace obrazu záznamu. 3..4 Rozsah, měřítka a mřížka obrazu této část přípravy je nutno pro přpravený graf stanovt rozpětí vodorovné pořadnce, který odpovídá posunu rychloměrného proužku a svslých pořadnc, které budou popsovat hodnotu rychlost pro rychlostní záznam a mnutový záznam pro stanovení času. 5
Měřítko posunu m xmm se stanoví pomocí deklarované vzdálenost vpchů posunovacího válce rychloměru x r a počtu mezer n r mez obrazy vpchů zachycených v obraze záznamu. U běžně používaných rychloměrů Metra (jehož záznam byl použt pro demonstrac v tomto článku) je deklarovaná hodnota vzdálenost vpchů podle [7] x r =,5 mm. Rozsah mezí osy posunu x jsou tvořeny hodnotam: x mn = 0 [mm] x max = n r x r [mm] (3.) Obr. 8: Souřadný systém a meze obrazu záznamu. Přímé použtí dráhového měřítka u této osy není možné z důvodů střídání dráhového a časového posunu záznamu. Rozsahy (mezní hodnoty) na svslých osách se stanoví s ohledem na deklarované rozměrové charakterstky záznamových polí nosče záznamu. Pro osu obrazu rychlost jsou meze: y mn = 0 [km h - ] a y max = max r [km h - ] (3.) 6
kde max r je rozsah záznamu rychlost zjštěný z potsku nosče záznamu. Pro osu obrazu mnutového záznamu je: y Mmn = -0 [mn] a y Mmax = 0 [mn] (3.3) Tyto hodnoty jsou dány způsobem a orentací mnutového záznamu. Na základě stanovení rozsahů jednotlvých pořadnc a následně vygenerované mřížce se provede nteraktvní přzpůsobení rozsahů ve směru osy x a y obrazu předtsku záznamu. Zde je možno zohlednt posun skutečného záznamu rychlost a mnutového záznamu k tomuto předtsku. Tímto krokem vznkne základní souřadný systém pro nteraktvní určování charakterstk bodů záznamu. 3..5 Adjustace záznamu Před vlastním nteraktvním použtím takto přpravených podkladů je nutno provést adjustac záznamu, př které se ověřuje: a) porovnání skutečného rozsahu rychloměru max_sk s rozsahem předtsku záznamu max_r. ýsledek tohoto postupu adjustace slouží k deklarování skutečné hodnoty max. rychlost y max na ose y rychlostního záznamu (vz 3..4); b) vzájemný posun záznamu rychlost a mnutového záznamu, vyjádřený hodnotou x M Tato hodnota je vzhledem k použtému měřítku osy x vyjádřena v hodnotě posunu nosče záznamu, tj. v mlmetrech; c) posunutí polohy nulové rychlosty 0 ; d) posunutí y 0-0M, mezí mnutového záznamu Y 0Msk a Y 0Msk a rozpětí y 0-0M = Y 0Msk - Y 0Msk [mn] (3.4) Hodnoty podle 3..5.c) a 3..5.d) (polohy bodů obrazu záznamu odpovídající těmto hodnotám) slouží k nteraktvní korekc mřížky těchto částí záznamu. e) stanovení vztaţné polohy pro určení ujetých drah a poloh posuzovaných bodů obrazu záznamu. Zde je nutno deklarovat bod X 0 na obraze rychlostního záznamu, jehož skutečná klometrcká poloha L 0 [km] byla zjštěna ze souvsejících podkladů. Nejčastěj tímto bodem bývá bod rozjezdu vozdla z dentfkovatelného místa na dopravní cestě. Součástí tohoto postupu je stanovení směru pohybu vozdla ve vztahu k ; k počátku tratě, který je pak charakterzován konstantou sj 7
Obr. 9: Nastavený souřadný systém pro analýzu záznamu. 3.3 Stanovení parametrů analyzovaného bodu záznamu pohybu Stanovování parametrů analyzovaného bodu záznamu pohybu vozdla představuje: a) vytvoření dvojce bodů B a B M v doprovodné tabulce lstu tabulkového procesoru. Souřadnce y B bude odhadnuta podle průběhu obrazu záznamu rychlost, u odhadu hodnoty x B bude využta vzdálenost vzhledem k vztažnému bodu X 0. U hodnoty x BM bude pro její stanovení využta hodnota zjštěného posunutí rychlostního a mnutového záznamu podle vztahu: X X x [mm] (3.5) BM B M Tento vztah zůstává jako trvalá vazba mez body B a B M př nteraktvním umsťování v grafu obrazu záznamu; b) generování zobrazení této dvojce bodů do grafu obrazu záznamu. Zde je nutno nteraktvně, pomocí nástrojů grafu tabulkového procesoru, nastavt grafcké atrbuty (barva, tvar a šířka) bodů zobrazení této dvojce bodů pro jejch snadnou dentfkac; c) nteraktvní umístění dvojce bodů na poţadované místo obrazu průběhu záznamu. ýsledkem tohoto nteraktvního postupu je změna hodnot souřadnc x B, y B, x BM a y BM bodů B a B M spojených vazbou (3.4); 8
d) výpočet parametrů analyzovaného bodu obrazu záznamu spočívá v převodu výsledných souřadnc bodů B a B M na požadované charakterstky. Pro bod popsující průběh rychlost B jm jsou: okamţtá rychlost B, kde: B y B [km h - ] (3.6) poloha bodu L B : L B xb x0 xtp mxmm ksj L0 [km] (3.7) kde: x 0 [mm] hodnota souřadnce x vztažného bodu X 0 x TP [mm] součet hodnot posuvu záznamu vlvem časového posunutí záznamu př stání vozdla mez bodem X 0 a posuzovaným bodem B m xmm [km h - /mm] měřítko posuvu záznamu. Pro uvažovaný rychloměr podle [7] je m xp 0,5 km,5 mm 0, km mm - k sj [] konstanta vyjadřující směr pohybu vozdla ve vztahu k počátku trat: k sj = vozdlo se pohybuje směrem ke konc tratě (ve směru klometráže); k sj = - vozdlo se pohybuje směrem k začátku tratě (prot směru klometráže). ujetá dráha L B (-,) k bodu B : B, LB LB L [km] (3.8) kde: L B- [km] poloha předchozího posuzovaného bodu Pro odpovídající bod mnutového záznamu B M se vypočítají charakterstky: čas rychloměru T RBM v poloze bodu B M podle vztahu: 9
TR ybm ; pro xtr0 xbm xtr 0 T RBM 0 ; pro [hod, mn] TR ybm xtr 0 xbm xtr0 (3.9a, 3.9b) kde: T R [hod, mn] čas rychloměru nejblžší mezní hodnoty mnutového záznamu x TR0 [mm] poloha nejblžší nžší mezní hodnoty 0 mn mnutového záznamu x TR0 [mm] poloha nejblžší nžší mezní hodnoty 0 mn mnutového záznamu 3.4 Ukázka aplkace Ukázka aplkace je řešena v seštu Mcrosoft Excel, který je složen z několka lstů: prvý lst slouží k zápsu dentfkačních a vstupních údajů záznamů pohybu, který svou strukturou odpovídá zaznamenaným dentfkačním údajům provozovatele vozdla (vz [7]). Na druhém lstu seštu je řešen výpočet měřítek a rozsahů pro nteraktvní graf obrazu záznamu. Dále tento lst obsahuje potřebné výpočty pro adjustac záznamu. Třetí lst aplkace představuje lst výstupních hodnot. Zde jsou údaje pro lokalzac posuzovaného místa (souřadnce bodů B a B M, které byly odhadnuty pro polohu blízkou analyzovanému místu záznamu. Tato počáteční poloha se zobrazí v grafu v podobě samostatných bodů s popsem pro snadnější orentac. Tyto body se nteraktvně umístí na podkladový obraz posuzovaného průběhu. Pro kvaltnější umístění je možno použít zvětšení zobrazení (lupu z panelu nástrojů). ýsledné souřadnce polohy těchto bodů se využjí pro výpočet požadovaných charakterstk. daném případě bylo požadované místo analýzy určeno jako maxmální rychlost v úseku po rozjezdu z polohy X 0. Počáteční hodnoty souřadnc bodu B : x B = 34 mm; y B = 50 km h -. Počáteční hodnoty souřadnc bodu B M : x BM = x BM +x M ; y BM = - mn. 0
Po umístění bodu B na požadovanou pozc a přesunutí bodu B M po vertkále na zobrazený průběh mnutového záznamu jsou souřadnce výsledné polohy bodů: x B = 35 mm; y B = 5,3 km h - a y BM = -0,36 mn Po dosazení těchto hodnot do vztahů (3.5) až (3.9) za předpokladu, že PT 0 (vozdla mez polohou X 0 a B nenastal časový posun) jsou výsledné parametry: okamţtá rychlost v bodě B : y 5,3 km h - B B poloha bodu L B : 4 35,4500, 7, 00 L B 5,000 km ujetá dráha k bodu B : 0, 7,00 5,000, 00 L km B Pro danou polohu bodu B M je hodnota času rychloměru TR = 6:00:00, proto platí vztah (3.9a). čas rychloměru v poloze bodu B M : 0,36mn 6 : 00 : T RBM 6 : 00 : 00 hod. Ukázka aplkace je na obrázcích Obr. 0 a Obr..
Obr 0: Ukázka výpočtových lstů. Obr. : Ukázka grafu pro realzac analýzy.
4 Analýza dynamky pohybu kolejových vozdel Tato část textu se zabývá analýzou a výpočty dynamckých charakterstk pohybu drážních vozdel jako je: rychlost vozdla; zrychlení vozdla; brzdná dráhy. Analýza a výpočty vychází z podkladů zpracovaných podle předchozích částí. 4.. Stanovení rychlost v deklarovaném bodě pohybu vozdla Deklarovaný bod pohybu vozdla q (jeho charakterstky) je defnován podle část 3, kde poloha tohoto bodu X q je stanovena podle vztahu (3.6). Pro polohy obrazu deklarovaného bodu X q se na obrazu stopy rychlostního záznamu stanoví hodnota Y q. Hodnota zaznamenané rychlost q, resp. krajních mezí záznamu rychlost Dq a Hq,, se vypočítá podle vztahu: q Y Yq mp 0 [km h - ] (4.) Čas rychloměru, odpovídající posuzovanému deklarovanému bodu q se stanoví podle postupu 3.3.d. Poloha obrazu bodu mnutového záznamu Y Mq popř. Y DMq a Y DMq se stanoví s přhlédnutím výsledkům analýz podle 3.3. Hodnota zaznamenané času rychloměru T q, resp. krajních mezí záznamu rychlost T Dq a T Hq, se vypočítá následovně: T T q q kde: T T N N Y Mq Y mn mmp Y mn YMq mmp 0 [mn] pro Y TN Y 0 mn (4.a) 0 [mn] pro Y TN Y 0 mn (4.a) T N [mn] čas bezprostředně předcházejícího bodu zvratu stopy mnutového záznamu posuzovanému času T q Y TN [px] souřadnce bezprostředně předcházejícího bodu zvratu stopy mnutového záznamu posuzovanému času T q Y Mq [px] souřadnce posuzovaného bodu T q. Y [px] 0mn hodnota se vypočte jako střední hodnota pro hodnoty Y 0 mn 3
Y [px] 0mn hodnota se vypočte jako střední hodnota pro hodnoty Y 0 mn 4.. Průběh rychlost na určeném dráhovém ntervalu (tachogram jízdy) Analýza průběhu rychlost na určeném dráhovém ntervalu (tachogramu jízdy) představuje určení rychlost pohybu a tomu odpovídající čas T pohybu vozdla nebo skupn vozdel na defnovaném úseku dopravní cesty. Tato analýza se provádí pro body rychlostního záznamu a body T mnutového záznamu vzdálené od sebe pokud možno o konstantní hodnotu vzdálenost jejch obrazů x. Ta odpovídá dráhovému kroku s podle vztahu: s x m [m] (4.3) sp ) elkost hodnoty x se volí s ohledem na požadovanou hustotu bodů v tomto průběhu. Hodnota x a počet bodů na km dráhy n Bkm pro předpokládané rozlšení r = 600 dp je v tabulce Tab. 4.. Tab. 4.: elkost dráhového kroku a počet bodů na km dráhy. n Bkm x [px] s [m] 8,5 8 6,9 59 3 5,4 39 4 33,9 30 5 4,3 4 6 50,8 0 7 59,3 7 8 67,7 5 9 76, 3 0 84,7 93, 0,6 0 3 0, 9 4 8,5 8 6 35,5 7 9 60,9 6 86,3 5 7 8,6 4 34 87,9 3 48 406,4 4
Pro výpočet rychlost nebo rozpětí rychlost ( D, H ) a času T nebo rozpětí rychlost (T D, T H ) jednotlvých bodů průběhu rychlost se použje postup podle část 3). Zobrazením průběhu rychlost v závslost na poloze na dopravní cestě L vznká dráhový tachogram, zobrazením na čase rychloměru T vznká časový tachogram. Pro grafckou realzac těchto zobrazení je možno použít nástrojů tabulkových procesorů. Příklad grafckého zpracování dráhového tachogramu je na obrázku Obr. a,b případě použtí postupu s rozpětím rychlostí je možno s tachogramech znázornt průběh mezních rychlostí D a H vypočtených z obrazu rychlostního záznamu. Příklad je na obrázku Obr. c. a) b) 5
c) Obr. : Ukázka tachogramů. a) dráhový tachogram pro, b) odpovídající časový tachogram pro, c) dráhový tachogram pro mezní rychlost. 4. Analýza zrychlení pohybu 4..0 Teoretcký úvod Obecný fyzkální vztah pro zrychlení ve směru trajektore pohybu je defnován jako změny rychlost podle času: dv a [m s - ] (4..) dt Tento vztah pro zrychlení v závslost na ujeté dráze je možno vyjádřt: dv a v [m s - ] (4..) dl Pro výpočty př analýze pohybu vozdel nebo jejch skupn na základě obrazu záznamu jejch pohybu je vhodné předchozí vztahy převést na dferenční tvar: v a [m s - ] (4..3) t a následně: v a v [m s - ] (4..4) l 6
Pro výpočet zrychlení mez dvěma body záznamu pohybu vozdla je možno použít vztah: a kde: v0 v [m s - ] (4..5) s v 0 [m s - ] rychlost počátečního bodu výpočtu v [m s - ] rychlost koncového bodu výpočtu s [m] dráha mez počátečním a koncovým bodem výpočtu Okamžté zrychlení v bodě záznamu představuje zrychlení vozdla vypočtenou z parametrů pohybu vozdla zjštěných z obrazu záznamu rychlost v blízkém okolí ±s posuzovaného bodu. Př předpokládaném lneárním průběhu rychlost mez body rychlostního záznamu je pak okamžté zrychlení v bodě závslé na numerckém řešení středové dervace průběhu rychlost v okolí bodu jejíž výpočet nezávsí na velkost okolí tohoto bodu ±s a na okamžté rychlost v tomto bodě. Zrychlení k bodu zleva a - je vypočtená hodnota zrychlení v bodě stanovená z parametrů pohybu vozdla mez bodem posuzování a bezprostředně předcházejícím bodem ve směru pohybu vozdla. Zrychlení k bodu zprava a + je vypočtená hodnota zrychlení v bodě stanovená z parametrů pohybu vozdla mez bodem posuzování a bezprostředně následujícím bodem ve směru pohybu vozdla. 4.. Okamžté zrychlení v bodě záznamu ýpočet okamžtého zrychlení v bodě vychází v obrázku Obr. 3. Pro výpočet hodnot zrychlení v bodě je nutné znát: hodnoty rychlost - a polohy L - bodu - bezprostředně předcházejícího bodu rychlostního záznamu; hodnoty rychlost a polohy L posuzovaného bodu ; hodnoty rychlost + a polohy L + bodu + bezprostředně následujícího bodu rychlostního záznamu; 7
8 Obr. 3: Průběh záznamu rychlost. Okamžtá hodnota zrychlení a() v bodě se vypočítá na základě úpravy vztahu (4..4) podle vzorce: 3 0 3,6 3,6 SJ k L L L L s s a [m s - ] (4..6) případě, že není možno stanovt rychlost + a nebo polohu L + bodu + bezprostředně následujícího bodu rychlostního záznamu, pak v bodě se vypočte pouze zrychlení k bodu zleva a - podle vztahu: 3 0 3,6 SJ k L L a [m s - ] (4..7) případě, že není možno stanovt rychlost - a nebo polohu L - bodu - bezprostředně předcházejícího bodu rychlostního záznamu, pak v bodě se vypočte pouze zrychlení k bodu zprava a + podle vztahu: 3 0 3,6 SJ k L L a [m s - ] (4..8) 4.. Střední zrychlení mez body ýpočet středního zrychlení mez body a vychází v obrázku Obr. 4.
Pro výpočet hodnot zrychlení mez body a je nutné znát: hodnoty průměrné rychlost a polohu L počátečního bodu posuzovaného průběhu rychlostního záznamu a hodnoty průměrné rychlost a polohu L koncového bodu posuzovaného průběhu rychlostního záznamu. Obr. 4: Průběh záznamu rychlost pro výpočet středního zrychlení. Střední zrychlení mez body a stř se vypočte podle vztahu upraveného z (4..5): 3 a stř k 0 SJ 3,6 [m s - ] (4..9) L L 4..3 Postupné zrychlení od bodu Př výpočtu postupného zrychlení od bodu rychlostního záznamu se vychází z obrázku Obr. 5. 9
Obr. 5: Průběh záznamu rychlost pro výpočet zrychlení od bodu. Postupné zrychlení od bodu do bodu představuje postupnou změnu středního zrychlení a(;) až a(;) mez body,, až, rychlostního záznamu. Tento výpočet se používá nejčastěj př analýze teoretckých brzdných drah vozdla. Postupné zrychlení a(;) mez body, rychlostního záznamu se vypočte podle vztahu: a 0 SJ 3,6 [m s - ] (4..0) L L 3 ; k 5 Analýza teoretckých brzdných drah 5. Podmínky analýzy teoretckých brzdných drah Postup výpočtů vychází z metod ČSN EN 453-. Postupy analýzy a výpočtu je znázorněn na obrázku Obr. 6. 30
Teoretcká brzdná dráha stup ýpočet Zobrazení Přenos Požadavek na analýzu brzdné dráhy stup Počáteční rychlost v B0, poloha L B0 6. 6.3 Charakterstky vozdla a jeho pohybu Typ zpomalení Zpomalení ýpočet průměrného zpomalení 6... ýpočet postupného průměrného zpomalení 6... olnoběžná jízda olnoběžná jízda olnoběžná jízda A Teoretcká brzdná dráha z bodu B0 bez t eq A Teoretcká brzdná dráha z postup. zpomalení z poč. bodu Brzdná dráha B Teoretcká brzdná dráha z bodu B0 se započtením t eq C Teoretcká brzdná dráha z bodu B0 se započtením t eq a dalších vlvů B Teoretcká brzdná dráha z postup. zpomalení z průb. bodů Dokumentace 6. 6.3 Obr. 6: Postup výpočtu teoretckých brzdných drah 3
Pro tuto část metodky je použto označování parametrů a velčn, které odpovídá ČSN EN 453- a s ní souvsejícím normám (ČSN EN 345-, ČSN EN 4478 a další)): a) Zpomalení a B [m s - ] odpovídá absolutní hodnotě zrychlení stanoveného podle vztahu (4..), tzn., že hodnota zpomalení se dosazuje jako kladná oprot fyzkálnímu prncpu. b) Průměrné zpomalení (pro brzdnou dráhu) a Bs [m s - ] je změna rychlost jako funkce stanovené brzdné dráhy podle vztahu: a Bs kde: v v s B [m s - ] pro v >v (5.) v [m s - ] počáteční rychlost brzdění v [m s - ] koncová rychlost brzdění s B [m] brzdná dráha mez počátečním a koncovým bodem brzdění c) Průměrné zpomalení (pro zábrzdnou dráhu) a Bz [m s - ] je změna rychlost jako funkce stanovené zábrzdné dráhy s Bz (dráhy až do zastavení vozdla včetně dráhy ujeté během t eq ) stanovené podle vztahu: a Bz kde: v [m s - ] pro v >v (5.) s Bz v [m s - ] počáteční rychlost brzdění s Bz [m] zábrzdná dráha od počátečního bodu brzdění do zastavení d) Brzdná dráha s B [m] je ujetá dráha během brzdění od prvního nastavení brzdy do druhého nastavení brzdy. konkrétních případech je její stanovení upřesňováno a dokumentováno. e) Zábrzdná dráha s Bz [m] je projetá dráha od uplatnění požadavku na brzdu do zastavení. f) olnoběžná jízda je fáze pohybu vozdla nebo skupny vozdel po dobu dobu ekvvalentních celkových aktvačních dob všech brzdícíc zažízení t eq. Tato doba se vypočítá dle ČSN EN 453- podle vztahu: t eq FB t eq [s] (5.3) F kde: B t eq [s] ekvvalentní celková aktvační doba -tého zařízení brzdy. Podle 3
ČSN 453- je ve většně případů u špalíkových a kotoučových brzd stejná. F B [N] -tá brzdící síla Ekvvalentní celková aktvační doba t eq je dle ČSN EN 453- teoretcká celková aktvační doba používaná k výpočtům brzdných drah. Stanoví se podle obrázku Obr. 7 na základě vztahu: t eq tab ta [s] (5.4) kde: t a [s] prodleva doba potřebná pro dosažení a procent tlaku v brzdovém válc (B). Podle [UIC 540] je a = 0 % z max. požadovaného tlaku B. t b [s] doba nárůstu časový úsek po prodlevě k dosažení b procent tlaku v B. Podle [UIC 540] je b = 95 % z max. požadovaného tlaku B. pb [MPa] ab [m s - ] [km h - ] a eq 95 % p B b a eq B0 a p B 0 % p B t 0 t r t B t a t eq t ab t [s] t p Obr. 7: Průběh zpomalení a tlaků v B. 33
případě, že ekvvalentní celkovou aktvační dobu t eq pro konkrétní posuzované vozdlo nebo skupnu vozdel není z dostupných podkladů možno stanovt, je možno v odůvodněných případech použít hodnoty uvedené v ČSN EN 345-, tabulka 5, určující požadavky na provedení brzdových systémů kolejových vozdel pro hromadnou dopravu, konkrétně pro příměstské a regonální vlaky. Požadované požadavky brzdící výkonnost, popsané pomocí max. ekvvalentní celkové aktvační doby t e, mnmálním ekvvalentním zpomalením a e a max. okamžtým zpomalením a max pro jednotlvé druhy brzdění, jsou v tabulce Tab. 5.. Tab. 5.: Požadované parametry brzdící výkonnost. druh brzd t e [s] a e [m s - ] a max [m s - ] Pb,5 0,0,0,0 Z,5,0,0 Z,0,0,5 Z3, Z4,0,0,5 Nb,0 0,7,5 Pb provozní brzdění používané za účelem ovládání rychlost vlaku, ovládané strojvedoucím nebo A; Z záchranné brzdění pro dosažení max. bezpečnost cestujících, obsluhy a dalších částí železnčního systému vyvolané neobsluhováním tlačítka bdělost nebo automatckým řízením; Z - záchranné brzdění pro dosažení max. bezpečnost cestujících, obsluhy a dalších částí železnčního systému vyvolané ovládáním cestujícím; Z3 - záchranné brzdění pro dosažení max. bezpečnost cestujících, obsluhy a dalších částí železnčního systému vyvolané strojvedoucím ovládajícím ovladač brzdy nebo vlakovým zabezpečovačem; Z4 - záchranné brzdění pro dosažení max. bezpečnost cestujících, obsluhy a dalších částí železnčního systému vyvolané pověřenou osobou pomocí odděleného ovladače brzdy; Nb nouzové brzdění zajšťované zařízením jehož cílem je zabezpečení spolehlvost brzdového systému. Př zjednodušeném výpočtu se předpokládá, že rychlost v průběhu doby t eq resp. t e je konstantní a odpovídá rychlost v B0 resp. B0 v okamžku zahájení procesu brzdění. 34
odůvodněných případech je k hodnotě t eq resp. t e možno přpočítat reakční dobu t r obsluhy vozdla, což je časový nterval mez převzetím požadavku na obsluhu brzdy na straně obsluhy a realzací požadavku brzdění obsluhou pomocí ovladače. Pro běžné výpočty je hodnota reakční doby t r = s. 5. Teoretcká brzdná dráha z dobu B0 Tento postup popsuje výpočet teoretcké brzdné nebo zábrzdné dráhy z defnovaného bodu B0 pohybu vozdla nebo skupny vozdel, který je defnovanou počáteční rychlostí brzdění v B0 [m s - ] resp. B0 [km h - ] a polohou L B0 na dopravní cestě. případě, že z obrazu záznamu pohybu vozdla a dalších vstupních podkladů není možno spolehlvě zjstt hodnotu ekvvalentní celkové aktvační doby t e a/nebo reakční dobu t r se dráha ujetá po dobu volnoběžné jízdy l B0 pro tyto doby nevypočítává a nezahrnuje do výpočtu teoretcké brzdné dráhy. Teoretcká brzdná dráha s B se vypočítá podle vztahu: s B B0 BK [m] (5.5) 3,6 a B kde: BK [km h - ] rychlost na konc účnného brzdění a B [m s - ] zpomalení stanovené podle 6..3..A případě, že zpomalení se stanovuje analogcky k postupu 4.. je hodnota zpomalení a B pro bod B0 rovno okamžté hodnotě zpomalení v bodě = B0. případě stanovení zpomalení a B pro bod B0 podle postupu 4.. pro průměrné zpomalení mez body se pro výpočet použje hodnota průměrného zpomalení vypočtené podle vztahu (5.), kde parametry bodu B0 odpovídají parametrům bodu uvedeného vztahu (zpomalení a B odpovídá střednímu zrychlení na úseku jízdy bezprostředně předcházejícímu bodu B0 ). Poloha vozdla př dosažení rychlost BK se vypočte podle vztahu: L L s k [km] (5.6) BK 0 0 3 B B SJ případě, že z obrazu záznamu pohybu vozdla a dalších vstupních podkladů je možno spolehlvě zjstt hodnotu ekvvalentní celkové aktvační doby t e a/nebo reakční dobu t r se 35
dráha ujetá po dobu volnoběžné jízdy l B0 pro tyto doby vypočítává a zahrnuje do výpočtu teoretcké brzdné dráhy. Teoretcká brzdná dráha s B se se započtením volnoběžné jízdy se vypočítá podle vztahu: s B B0 tr teq B0 BK [m] (5.7) 3,6 3,6 a B případě, že př volnoběžné jízdě mají na vozdlo vlv jné systémy a okolnost podle 5., odst. 3) se rychlost B0 stanoví podle vztahu: [km h - ] (5.8) B0 0 B0 kde: 0 [km h - ] rychlost vozdla na počátku volnoběžné jízdy B0 [m s - ] změna př volnoběžné jízdě 36
Lteratura: [] YHLÁŠKA Mnsterstva dopravy 73/995 Sb. ze dne. června 995, kterou se vydává dopravní řád drah, ve znění vyhlášky č. 4/996 Sb., vyhlášky č. 74/000 Sb. a vyhlášky č. 33/003 Sb. [] Rychloměry. Dostupné: http://www.hermancka.wz.cz/html/muzeum/exporychlomery.html. [Ct: 00070] [3] FMD: 8 Předps o rychloměrech. Praha: Nakladatelství dopravy a spojů. 97. Platí od. 0. 97 [4] TT-3 - Souprava tachografu. Dostupné: http://www.msp.mest.cz/cs/product/884- souprava-tachografu. [Ct: 000704] [5] UnControls: Elektroncký rychloměr řady RE. Dostupný: http://www.uncontrols.cz/download.php?f=565 [Ct: 000707] [6] ČD D 7. Předps pro hlášení a šetření mmořádných událostí, Změna č.. Praha: České dráhy. 00. Dostupné: http://norms.cdral.cz [7] ČD 8/I. Předps pro provoz a obsluhu rychloměrů. Praha: České dráhy. 000. Dostupné: http://norms.cdral.cz [8] Olvková, I., Křvda,., Frč? J.: Dopravní telematka. Ostrava: ŠB - Techncká unverzta Ostrava, 005. 4 s. ISBN 80-48-0767-X [9] ČSN EN 345- Ţeleznční aplkace - Brzdění - Brzdové systémy pro hromadnou dopravu - Část : Poţadavky na provedení. ydána: 8.004 [0] ČSN EN 4478 Ţeleznční aplkace - Brzdění - šeobecný slovník. ydána:.005 [] ČSN EN 453- Ţeleznční aplkace - Metody výpočtů zábrzdných drah, brzdných drah a zabrzdění prot samovolnému pohybu - Část : Základní algortmy. ydána:.006 [] UIC 540 Brakes - Ar Brakes For Freght Trans And Passenger Trans. Ed. 5 (006) 37