1 Simulace jízdy naklápěcí jednotky řady 68 na koridorových tratích Č D Jaromír ZELENKA, Jiří IZER Doc. Ing. Jaromír ZELENKA, CSc., Univerzita Pardubice Dopravní fakulta Jana Pernera, Katedra dopravních prostředků Prof. Ing. Jiří IZER, CSc., Univerzita Pardubice Dopravní fakulta Jana Pernera, Katedra dopravních prostředků Abstrakt V pří spě vku je popsána metoda počítačové simulace jízdy naklápě cí jednotky CDT 68 na vybraných úsecích koridorové trati ČD. Simulační výpočty jsou provedeny pro reálné vozidlo, které bude dodáno italskou firmou FeroFeroviaria, včetně modelování funkce naklápě cího mechanizmu. Jsou prezentovány první výsledky simulace jízdy z hlediska silové ho působení vozidla na trať, jízdních vlastností a bezpečností jízdy vozidla, které jsou hodnoceny podle vyhlášky UIC 518. 1 Ú vod V době rozhodování Českých drah o nákupu vlaků ř. 68 s naklápě cími skří n ě mi, které jsou schopné projíždě t oblouky kolejí významně zvýšenými rychlostmi, vyvstala i otázka, zda bude možné tyto vlaky takto dlouhodobě provozovat v podmínkách provozem postupné ho zhoršování parametrů geometrické polohy koleje. Zahraniční zkušenosti přitom svě dčí o nutnosti věnovat velkou pozornost vzájemné mu působení tě chto vozidel s kolejí. Důvodem je snaha předcházet jednak možné mu nebezpečí vykolejení, jednak nadmě rné mu dynamické mu působení vozidel na kolej zejmé na v příčné m smě ru. K tomu je na vozidlech této kategorie v současné době provozovaných určitá vybavenost diagnostickými prvky, které umožň ují mít tyto účinky pod kontrolou. Je dokonce vyvíjena, zatím bezvýsledně, snaha vytvořit pro tyto účely referenční vozidlo, které by mohlo s rozsáhlým diagnostickým zaří zením provádě t pravidelné kontrolní jízdy. Velikost těchto účinků souvisí mimo jiné i s hodnotou nedostatku převýšení, který vzniká při zvýšené rychlosti jízdy v oblouku koleje. V podmínkách ČD se počítá s využitím nedostatku převýšení jen do hodnoty 7 i když např. u DB AG je to hodnota 3. Ve skutečnosti jsou předpokládané hodnoty nedostatku převýšení významně nižší, a to z tě chto důvodů: - V určitém traťové m úseku je stanovená rychlost určena buď s ohledem na jeden z oblouků (jeho polomě r a převýšení, dé lky vzestupnic), nebo s ohledem na jiné skutečnosti koleje či zabezpečovacího zaří zení. - Předpokládaná maximální rychlost vlaků na tratích ČD 16 km/h omezuje velikost nedostatku převýšení, a tím míru zvýšení rychlosti, v obloucích o vě tších polomě rech. Nemá proto význam posuzovat vlak ř. 68 z hlediska silových účinků v polomě rech nad 8 m. Při V max = 16 km/h a převýšení koleje p = 15 lze totiž nedostatek převýšení I = 7 využít jen do polomě ru oblouku R = 7 m. - Stanovená rychlost je odstupň ována po 5 km/h, což v ně kterých pří padech zejmé na malých polomě rů omezuje hodnotu I, protože při využití nejbližšího možné ho zvýšení rychlosti o 5 km/h by hodnota I překročila mez stanovenou na 7. Současná vybavenost Českých drah velmi moderním měřicím vozem pro železniční svršek umožň uje v pravidelných intervalech diagnostikovat parametry koleje a jejich vývoj v čase. Ve snaze zajistit určitou připravenost zodpově dných pracovníků na provoz tě chto vozidel na tratích ČD, bylo rozhodnuto v předstihu, tedy ještě před fyzickou existencí objednaných vlaků u ČD, prové st modelování jízdy jednotky ř. 68 na konkré tních traťových úsecích 1. koridoru pomocí simulačních výpočtů na počítači. Předpokladem tohoto kroku však bylo získat co nejpodrobně jší soubor technických parametrů projektované jednotky od výrobce, kterým je Alsthom-FiatFerroviaria.
Modelování jízdy jednotky Základem té to činnosti je: a) vytvoření dynamické ho a matematické ho modelu vozidla s naklápě cí skří n í (zjednodušené funkční sché ma je na Obr. 1), b) vytvoření modelů geometrické a adhezní vazby v kontaktu dvojkolí a koleje, c) vytvoření modelů koleje, jejichž zjednodušení se při obdobných studiích osvě dčilo, d) vytvoření modelu regulace a ří zení procesu naklápě ní skří n ě vozidla s cílem co nejvíce se přiblížit systé mu použitému na budoucím vozidle. D PSX D PSX1 FSPA1 y man/ z Nakl. Hk D FSPA Active FSPA k Z,Y,X Hs Hya k1z,y,x Hr Obr. 1: Zjednodušený model jednotky řady 68 Všechny tyto komponenty celé ho dynamické ho systé mu vozidla a koleje bylo nutné co nejpodrobně ji v duchu reality popsat podle předchozího seznamu v následujících parametrech: Ad a) V pří padě vozidla se jedná o: - Hmotnostní parametry, jako jsou hmotnosti, momenty setrvačnosti ke všem souřadným osám, hlavních komponentů tj. skří n ě, rámů podvozků a dvojkolí. - Umístě ní a charakteristiky pružných vazeb mezi uvedenými částmi, kde významnou roli hrají především pružné vazby dvojkolí k rámu podvozku a charakteristika aktivního vypružení tvořené ho na každé m podvozku dvě ma dvojčinnými pneumatickými válci. Jejich úlohou je eliminovat kvazistatické deformace příčné ho vypružení skří n ě vyvolané účinkem vysoké hodnoty nevyrovnané odstředivé síly, která působí na skříň při jízdě obloukem koleje. Rovněž významnou roli hrají podé lné tlumiče vlnivého pohybu podvozku, jejichž charakteristiky byly spolu s ostatními uvedenými parametry řešitelům výpočtů dodavatelem poskytnuty. - Všechny důležité rozmě rové parametry vozidla. Ad b) Geometrickou vazbu dvojkolí ke koleji určují: - Tvary jízdních obrysů dvojkolí, které se budou v provozu postupným opotřebením tvarově mě nit a tak významně ovlivň ovat chodové a vodicí vlastnosti vozidla. Jako typické byly pro výpočty použity jízdní obrys UIC-ORE známý svými minimálními vodicími schopnostmi a jízdní obrys ZI- 3 jako statisticky zjiště ný opotřebený jízdní obrys v podmínkách ČD. Ten je
3 charakteristický poně kud zvýšenou hodnotou ekvivalentní kuželovitosti a delta-r funkce, jež ukazuje na vytváření spojitého růstu potřebné ho rozdílu v průmě rech kol dvojkolí při jízdě obloukem. - Tvary příčných profilů hlav kolejnic. Pro modelování jízdy vozidla v obloucích koleje byly použity jednak kolejnice UIC6 ukloně né 1:4 a přebroušené do tvaru podle Lots 136 z roku 1989, jednak mohou být použity kolejnice opotřebené charakteristicky pro oblouk, tedy do odlišného tvaru vně jšího a vnitřního pásu. - V kontaktních rovinách kol s kolejnicemi působí skluzové síly včetně spinových účinků (vrtné ho tření), jejichž velikosti jsou určeny ze skluzových charakteristik odpovídajících zkušenostem v zahraničí na bázi poznatků Kalkerových. Tyto síly jsou tak v každé m časové m okamžiku řešení matematické ho modelu jízdy počítány na základě výpočtem zjiště ných kontaktních pomě rů, hodnot kolových sil, relativních skluzů v kontaktních rovinách a zvolené meze adheze. Ad c) Modelování koleje spočívá: - Ve vytvoření datových souborů z přehledu smě rových pomě rů ve vytypovaných obloukovitých traťových úsecích, které do počítačové ho programu přinášejí informace o přesné kilometrické poloze, dé lce a tvaru vzestupnic, jmenovitém převýšení, polomě ru, orientaci a dé lce oblouků i pří m ý ch úseků. V programu jsou obsaženy jak lineární, tak Blossova vzestupnice s jim přiřazenými tvary přechodnic. - Ve vytvoření a přiřazení kilometrické polohy datových souborů svislých a smě rových odchylek jednotlivých kolejnicových pásů od jmenovité polohy. Tyto hodnoty jsou získány z diskré tních údajů traťové ho měřicího vozu v dé lkových intervalech.5 m a následně jsou zpracovány do spojitých spline funkcí, aby bylo možné v každé m časové m intervalu řešení dynamiky systé mu vozidla a koleje přiřadit konkré tní hodnotu polohy kolejnicových pásů. Ad d) Modelování ří zení a regulace procesu naklápě ní skří n ě vozidla zahrnuje (pří klad průbě hů níže jmenovaných veličin je na Obr. jako součásti výsledků modelování): - Při simulované jízdě modelu vozidla je sledován úhel nakloně ní rámu předního podvozku ξg vůči svislici, jako součet úhlu teoretické ho nakloně ní roviny koleje uprostřed podvozku a úhlu nakloně ní rámu podvozku vůči kolmici k té to rovině koleje, čímž se modeluje údaj o převýšení získávaný z gyroskopu umístě né ho na skutečné m vozidle. Tento údaj, při dosažení - v přepočtu na převýšení koleje - hodnoty 13, dává pokyn k začátku nakláně ní vozidlové skří n ě. Skutečný začátek nakláně ní se oproti uvedené mu okamžiku dosažené hodnoty 13 převýšení zámě rně zpožďuje o další. s, což odpovídá podle doporučení dodavatele technickým možnostem naklápě cího mechanizmu. Vozidlová skříň se začne nakláně t kolem určené ho bodu na ose symetrie zvolenou rychlostí 5 o za sekundu vůči rámu podvozku o úhel ξ NT a přitom se sleduje, aby hodnota dosažené ho nakloně ní skří n ě vůči normále ke koleji v místě předního podvozku nepřesáhla 8% hodnoty nakloně ní odpovídajícího nedostatku převýšení koleje na té to úrovni. Důvodem k tomuto omezování procesu nakláně ní je potřeba nepospíchat s nakláně ním skří n ě, pokud je dostatečná dé lka vzestupnice k tomu, aby nebylo dosaženo plného nakloně ní vozidlové skří n ě pří liš brzy. Velikost úhlu nakloně ní v mechanizmu je přitom omezena hodnotou ξ NT = 8 o. Tím se v procesu pomalejšího nakláně ní skří n ě vytváří určitý nárůst pociťované ho nedostatku nakláně ní a tudíž nevyrovnané ho zrychlení rovnoběžného s podlahou vozidla a ps. Po dokončení pří liš rychlé funkce naklápě cího mechanizmu spojené ho s plnou kompenzací nevyrovnané ho zrychlení by totiž následoval mnohem rychlejší nárůst tohoto nevyrovnané ho zrychlení
až na hodnotu předpokládanou v plném oblouku o hodnotě a ps =.65 ms - působícího na cestující. Vytvářené nakloně ní skří n ě ú hlem ξ NT se ukončí přechodem do plného oblouku i v pří padě, kdy ještě tento úhel nedosáhl hodnoty 8 o. Jeho hodnota je však přiměřená již dosažené hodnotě nedostatku převýšení, který již v plném úseku zůstává na dosažené úrovni. Na ukázce z provádě ných simulačních výpočtů Obr. jsou znázorně ny při rychlosti 116.8 km/h v níže sledované m úseku Brno-Blansko průbě hy následujících veličin podé l ujeté dráhy ( kladnou orientaci jednotlivých veličin ukazuje souřadný systé m v Obr. 1): ú hel nakloněnírá mu 1. podvozku KsiG vů č i svislici, ú hel nakloněnínaklá pěcího mechanizmu KsiNT, ú hel nakloněnískříně vůči svislici Ksiabs, nevyrovnané zrychlenínad prvníná pravou An1, příč n é zrychlenína podlaze skříně nad zadním podvozkem Aps, relativnívýchylka v příč n é m vypruženíprvního podvozku vůči skříni Rpsy1, (pohyb skříně vůči podvozku má znaménko obrá cené), relativnívýchylka v místě aktivního vypruženíprvního podvozku Rpsya1, sílu v příč n é m vypruženípů sobícíz podvozku na skříň Fpsy1, sílu v aktivním vypruženífpsya1. V pří padě veličin souvisejících s funkcí aktivního příčné ho vypružení jsou patrné významné přechodové jevy při vjezdu a výjezdu z jednotlivých oblouků spojené až s maximálními pohyby v příčné m vypružení při nárazu na omezující narážky. - Současně s procesem nakláně ní je ří zeno plnění vzduchových válců aktivního příčné ho vypružení tlakovým vzduchem tak, aby bylo na tě chto válcích dosaženo výsledné síly Fpsa, která se rovná nevyrovnané odstředivé síle působící na polovinu vozidlové skří n ě při maximálně stanovené hodnotě nedostatku převýšení. Tyto pneumatické válce přitom znamenají přiřazení pří davné ho příčné ho pneumatické ho vypružení, jehož tuhost vyplývá z objemu vzduchu přivedené ho z ří dicího ventilu pod píst válce, který se vysune o hodnotu Rpsya. Tato hodnota má při jízdě na reálné koleji svou kvazistatickou složku a samozřejmě i významnou složku dynamickou zejmé na v přechodových situacích vozidla. Podobně se při výjezdu z oblouku v závislosti na zjiště né m poklesu úhlu nevyrovnané ho zrychlení o.1 ms - odpovídajícím hodnotě snížení převýšení o více než 13 začne proces snižování nakloně ní vozidlové skří n ě a vypouště ní vzduchu z aktivního vypružení. Oboje opě t s technickým zpoždě ním. s.
5 Nakloně níksi [rad]..1. -.1 -. Trať : kolej : rychlost jízdy : Brno-Blansko, km 173.8 175.5. R = 466/47/44/45 m 3.38 m/s = 116.58 km/h KsiG Ksint KsiAbs. 1 3 4 5 6 7 8 9 1 11 1 13 14 15 16 17 An1 Aps Zrychlenía [m/s^] 1.. -1. -. 1 3 4 5 6 7 8 9 1 11 1 13 14 15 16 17.4 Deformace Rpsy [m].. -. -.4 Rpsy1 Rpsya1 1 3 4 5 6 7 8 9 1 11 1 13 14 15 16 17 3 Fpsy1 Fpsa1 Síla Fps [N] 1-1 - -3 1 3 4 5 6 7 8 9 1 11 1 13 14 15 16 17 Ujetá dráha [m] Obr. Parametry naklápě ní výsledky simulačního výpočtu (c) Ij-Zj, DFJP-UPa
3 Výsledky výpočtů V rámci řešení úkolu technické ho rozvoje ČD [1] byly simulační výpočty provádě ny na dvou traťových úsecích, na nichž mají být provádě ny i první zkoušky prototypu. Jedná se o : - Blansko - Brno s četnými oblouky o menších polomě rech. Z tohoto úseku byla vybrána část v km 173.8 až 175.5 (.TK) pro první testovací simulační výpočty. K tomuto úseku byly získány již dvoje po sobě následující měření geometrické polohy koleje. - Lovosice - Ú stí n./labem o celkové dé lce 19. km (obě traťové koleje) s různými polomě ry oblouků a velmi rozdílnými hodnotami nedostatku převýšení při rychlostech jízdy stanovených pro vozidla s naklápě cími skří n ě mi. Pro oba byly simulační jízdy provádě ny s jízdními obrysy kol buď UIC-ORE, nebo ZI-3, který v podmínkách ČD představuje statisticky zjiště ný opotřebený jízdní obrys kol. Dvojkolí s těmito jízdními obrysy vykazují na koleji s kolejnicemi UIC6 (1:4) přebroušenými do tvaru podle Lots 136 (7.89) ekvivalentní kuželovitost o hodnotách buď.17, nebo. pro ZI-3. 3.1 Ú sek Blansko - Brno Ve zmíně né m relativně krátké m traťové m úseku jsou čtyři za sebou následující oblouky pojíždě né konstantní rychlostí. První z oblouků je složený ze dvou polomě rů a je levostranný. Zbývající dva oblouky jsou pravostranné s patřičnou mezipří mou. V posledním z těchto oblouků je s ohledem na jeho polomě r (R = 45 m) a převýšení (p = 16 ) dosahováno nejvě tší hodnoty nedostatku převýšení. Při těchto simulačních jízdách byl testován vliv rozdílných hodnot nedostatku převýšení, takže výpočty byly opakovány pro různé rychlosti jimž v posledním z uvedených oblouků odpovídaly různé hodnoty I. Rychlosti jízdy byly pak následující: - 15 km/h je stanovená rychlost v tomto úseku pro vlaky s naklápě cími skří n ě mi. Té to rychlosti odpovídá I = 195. - 115 km/h je to ve stupnici používaných rychlostí nejvyšší možná rychlost, při které se nepřekračuje nedostatek převýšení 7. Ve zmíně né m oblouku se tak dosahuje I = 6. - 116.8 km/h je rychlost, při níž by se dosáhlo I = 7. - 1.9 km/h je rychlost, kterou by se jezdilo u DB AG při uplatně ní tam připouště né hodnoty I = 3. - 15.1 km/h je rychlost zkušební při nedostatku převýšení I = 33. Zdánlivě nízké využití zvýšené rychlosti ze stávajících 9 km/h na 15 km/h v tomto úseku, v jehož sousedství je úsek se stanovenou rychlostí 11 km/h, je použito patrně z toho důvodu, že přechodnice na výjezdu ze zmíně né ho oblouku o R = 45 m je kratší než přechodnice na vjezdu. 3.1.1 Kolej Výškové a smě rové odchylky v celé m úseku jsou zpracovávány na základě měření měřicím vozem ČD na pří slušném traťové m úseku. Kvalitativní statistické hodnocení tohoto úseku koleje podle UIC 518 konstatuje, že ve svislé m smě ru je kvalita pojíždě né koleje hodnocena poně kud hůře než QN, v příčné m smě ru též. 3.1. Hodnocení výsledků Výsledky simulačních výpočtů na tomto úseku jsou vyhodnocovány znázorně ním průbě hů vypočtených veličin podé l ujeté dráhy pro všechny uvedené rychlosti jízdy, a to oddě leně pro jízdní obrys UIC-ORE a ZI-3. Jedná se o veličiny: - Součet vodicích sil SY i, samotných vodicích sil Y i a kolových sil Q i na jednotlivých nápravách. - Pomě r Y/Q na všech kolech. - Příčný pohyb středů jednotlivých dvojkolí vůči ideální ose koleje zahrnující i příčnou deformaci pružně uložené kolejnice. - Ú hly nábě hu jednotlivých dvojkolí.
Všechny tyto a další veličiny, jako jsou příčná a svislá zrychlení na skří ni vozidla nad obě ma podvozky, příčná zrychlení rámů podvozků nad jednotlivými nápravami jsou pro oblouk o polomě ru R = 45 m následně statisticky vyhodnoceny. Na Obr. 3 a Obr. 4 jsou v závislosti na hodnotě nedostatku převýšení uvedeny hodnoty silových účinků jednotlivých náprav na kolej SY i(m) a síly Y i, oboje v intervalu spolehlivosti.15 99.85 % s vyznačením 5% tj. kvazistatických hodnot. Síly SY i(m) (Obr. 3). V tomto obrázku jsou čárkovaně vyznačeny vypočtené hodnoty pro tuhost vedení dvojkolí v podé lném a příčné m smě ru, která byla původně zadána pracovníky firmy FeroFeroviaria. Z tě chto hodnot lze sledovat, že s rostoucí hodnotou nedostatku převýšení rostou i příčné účinky na trať. Kvazistatické hodnoty SY i jsou nejvě tší u první a čtvrté nápravy, v podstatě vzájemně srovnatelné úrovně do I = 7. Pro vyšší hodnoty I (až 33 ) se tyto účinky rychleji zvě tšují na nápravě čtvrté, zejmé na pak maximální statisticky významné hodnoty. V pří padě definitivní verze tuhosti vazby vedení dvojkolí dosahují maximální hodnoty 9% hodnoty mezní, zatímco při I = 7 jen 7% této mezní hodnoty. Nejvě tší dynamický rozkmit síly SY i je zaznamenán u nápravy první. Je to pochopitelné, neboť tato náprava nabíhá na vně jší kolejnicový pás, zatímco u čtvrté nápravy je hodnota síly SY 4 součtem obou příčných skluzových sil kol dvojkolí, které se pohybuje blízko osy koleje. Síly Y (Obr. 4). V pří padě vodicích sil Y na vně jších kolech jednotlivých náprav, jsou nejvě tší hodnoty na prvním nabíhajícím kole a druhých nejvě tších hodnot dosahuje třetí náprava. Významně ji se v tomto pří padě ukazuje zvýšená hodnota tuhosti vazby vedení dvojkolí. 7
Dopravnífakulta JP Univerzita Pardubice DiP Č eská Třebová NAKLÁ PĚCÍ JEDNOTKA Ř ADY 68 vý sledky simulačních vý počtů Příloha č. List č. Zpráva č. Obr. 5 DP /1 Suma vodicích sil na jednotlivých nápravách jízdní obrys: UIC-ORE kolejnice: UIC6 lots136 Trať: Brno-Blansko, km 174.976 175.1 Kolej:. R = 45 m Rychlost jízdy: 15 15 km/h Kontaktní soubor: UIC-U136 (Le=.17) Převý š ení: Rozchod: 16 1435 Kpdx, Kpdy *Kpdx, *Kpdy 6 6 SY1:.15 99.85% [kn] 5 4 3 1 SY:.15 99.85% [kn] 5 4 3 1 15 5 3 35 15 5 3 35 6 6 SY3:.15 99.85% [kn] 5 4 3 1 SY4:.15 99.85% [kn] 5 4 3 1 15 5 3 35 Obr. 3 15 5 3 35
9 Dopravnífakulta JP Univerzita Pardubice DiP Č eská Třebová NAKLÁ PĚCÍ JEDNOTKA Ř ADY 68 vý sledky simulačních vý počtů Příloha č. List č. Zpráva č. Obr. 6 DP /1 Vodicísíly na vně jších kolech Jízdní obrys obrys: UIC-ORE kolejnice: UIC6 lots136 Trať: Brno-Blansko, km 174.976 175.1 Kolej:. R = 45 m Rychlost jízdy: 15 15 km/h Kontaktní soubor: UIC-U136 (Le=.17) Převý š ení: Rozchod: 16 1435 Kpdx, Kpdy *Kpdx, *Kpdy 7 7 Y1:.15 99.85% [kn] 6 5 4 3 1 Y:.15 99.85% [kn] 6 5 4 3 1 15 5 3 35 15 5 3 35 7 7 Y3:.15 99.85% [kn] 6 5 4 3 1 Y4:.15 99.85% [kn] 6 5 4 3 1 15 5 3 35 Obr. 4 15 5 3 35 Obdobně dosažené výsledky pro jízdní obrys ZI-3, charakterizované m hodnotou ekvivalentní kuželovitosti λ ekv =., jsou na Obr.5 a 6 v dané m úseku ukázkou menší závislosti hodnot sil SY i i Y i na tuhosti vazby vedení dvojkolí. Ukazuje se, že s opotřebením jízdního obrysu klesají hodnoty sil SY na prvních nápravá ch podvozků, ale u druhé a zejmé na č tvrté ná pravy naopak tyto síly rostou.
Dopravnífakulta JP Univerzita Pardubice DiP Č eská Třebová NAKLÁ PĚCÍ JEDNOTKA Ř ADY 68 vý sledky simulačních vý počtů Příloha č. List č. Zpráva č. Obr. 7 DP /1 Suma vodicích sil na jednotlivých nápravách jízdní obrys: ZI-3 kolejnice: UIC6 lots136 Trať: Brno-Blansko, km 174.976 175.1 Kolej:. R = 45 m Rychlost jízdy: 15 15 km/h Kontaktní soubor: ZI3-U136 (Le=.) Převý š ení: Rozchod: 16 1435 Kpdx, Kpdy *Kpdx, *Kpdy 6 6 SY1:.15 99.85% [kn] 5 4 3 1 SY:.15 99.85% [kn] 5 4 3 1 15 5 3 35 15 5 3 35 6 6 SY3:.15 99.85% [kn] 5 4 3 1 SY4:.15 99.85% [kn] 5 4 3 1 15 5 3 35 Obr. 5 15 5 3 35
11 Dopravnífakulta JP Univerzita Pardubice DiP Č eská Třebová NAKLÁ PĚCÍ JEDNOTKA Ř ADY 68 vý sledky simulačních vý počtů Příloha č. List č. Zpráva č. Obr. 8 DP /1 Vodicísíly na vně jších kolech Jízdní obrys obrys: ZI-3 kolejnice: UIC6 lots136 Trať: Brno-Blansko, km 174.976 175.1 Kolej:. R = 45 m Rychlost jízdy: 15 15 km/h Kontaktní soubor: ZI3-U136 (Le=.) Převý š ení: Rozchod: 16 1435 Kpdx, Kpdy *Kpdx, *Kpdy 7 7 Y1:.15 99.85% [kn] 6 5 4 3 1 Y:.15 99.85% [kn] 6 5 4 3 1 15 5 3 35 15 5 3 35 7 7 Y3:.15 99.85% [kn] 6 5 4 3 1 Y4:.15 99.85% [kn] 6 5 4 3 1 15 5 3 35 Obr. 6 15 5 3 35 3. Ú sek Lovosice - Ú stí n./l. V tomto 19. km dlouhé m úseku bylo nutno prové st jeho rozdě lení na celkem 1 částí zejmé na s ohledem na velikost stanovené rychlosti, aby bylo možné při simulačním výpočtu udržovat konstantní rychlost. V tomto úseku se nacházejí oblouky s významně ji rozdílnými polomě ry, jeden (5. úsek) má dokonce Blossovy vzestupnice nestejné délky. Vzhledem k větší rozmanitosti polomě rů oblouků bylo proto vyhodnocování silových účinků v intervalech spolehlivosti.15 99.85% rozdě leno do dvou skupin podle velikosti polomě rů, a to na: - oblouky skupiny A s polomě ry R< 5 m - oblouky skupiny B s polomě ry R = 5 8 m.
V první skupině oblouků (celkem v počtu 7) se při stanovené rychlosti s ohledem na vozidla s naklápě cími skří n ě mi dosahuje nedostatků převýšení v rozmezí I = 13 54 a v druhé skupině čítající oblouků v rozmezí I = 134 54. 3..1 Hodnocení výsledků Výsledky simulačních výpočtů byly hodnoceny na jednotlivých deseti úsecích znázorně ním průbě hů vypočtených veličin podé l ujeté dráhy pro stanovené rychlosti jízdy, a to oddě leně pro jízdní obrys UIC-ORE (λ ekv =.17), ZI-3 (λ ekv =.) a jízdní obrys provozně opotřebený v kombinaci provozně opotřebenou kolejnicí s λ ekv =.4, a to pro obě skupiny oblouků. Pro oblouky A jsou pro jízdní obrys UIC-ORE (λ ekv =.17) na Obr. 7 v závislosti na hodnotě nedostatku převýšení uvedeny hodnoty silových účinků jednotlivých náprav na kolej SY i(m) a na Obr. 8 síly Y i, oboje v intervalu spolehlivosti.15 99.85% s vyznačením 5%, tj. kvazistatických hodnot. Z obrázků lze sledovat, že s rostoucí hodnotou nedostatku převýšení rostou i příčné účinky na kolej. Kvazistatické hodnoty SY i jsou nejvě tší u čtvrté nápravy, toto odlišení hodnot sil od hodnot u ostatních náprav je v celé m spektru této skupiny oblouků a nedostatků převýšení. U první a druhé nápravy jsou tyto síly zcela srovnatelné. Pouze u jednoho z oblouků se jejich hodnoty výrazně odlišují od všeobecné ho trendu regresního vyrovnání. Při podrobné m prozkoumání smě rových odchylek úseku koleje, v němž k této nespojitosti došlo (Obr. 9), byla nalezena zjevná příčina v náhlé m poklesu křivosti koleje zejmé na na vně jším pásu (odchylka HkyL) v úseku 84 88 m pravotočivého oblouku o R = 345 m smě rovou odchylkou do středu oblouku A7 o 5 vzniklou na dé lce asi 3 m.
13 Dopravnífakulta JP Univerzita Pardubice DiP Č eská Třebová NAKLÁ PĚCÍ JEDNOTKA Ř ADY 68 vý sledky simulačních vý počtů Příloha č. List č. Zpráva č. Obr. 9 DP /1 Suma vodicích sil na jednotlivých nápravách jízdní obrys: UIC-ORE kolejnice: UIC6 lots136 Trať: Lovosice-Ú stín.l., km 495.6 514.8 Kolej:. oblouky R < 5 m Rychlost jízdy: 1 13 km/h Kontaktní soubor: UIC-U136 (Le=.17) Převý š ení: Rozchod: 6 6 SY1:.15 99.85% [kn] 5 4 3 1 SY:.15 99.85% [kn] 5 4 3 1 4 6 4 6 6 6 SY3:.15 99.85% [kn] 5 4 3 1 SY4:.15 99.85% [kn] 5 4 3 1 4 6 Obr. 7 4 6
Dopravnífakulta JP Univerzita Pardubice DiP Č eská Třebová NAKLÁ PĚCÍ JEDNOTKA Ř ADY 68 vý sledky simulačních vý počtů Příloha č. List č. Zpráva č. Obr. 1 DP /1 Vodicísíly na vně jších kolech Jízdní obrys obrys: UIC-ORE kolejnice: UIC6 lots136 Trať: Lovosice-Ú stín.l., km 495.6 514.8 Kolej:. oblouky R < 5 m Rychlost jízdy: 1 13 km/h Kontaktní soubor: UIC-U136 (Le=.17) Převý š ení: Rozchod: 7 7 Y1:.15 99.85% [kn] 6 5 4 3 1 Y:.15 99.85% [kn] 6 5 4 3 1 4 6 4 6 7 7 Y3:.15 99.85% [kn] 6 5 4 3 1 Y4:.15 99.85% [kn] 6 5 4 3 1 4 6 Obr. 8 4 6 Na tomto příkladu lze poukázat na možnosti simulačních výpočtů odhalovat příčiny nežádoucích jevů při jízdězvýšenými rychlostmi v obloucích. V dané m místěbylo jistěponěkud příznivější okolností skutečnost, že zmíněný oblouk byl projížděn jen s nedostatkem převýšení I = při rychlosti V =1 km/h.
15 -.1 -.5 HkyL [m]..5.1 8 9 3 31 3 33 34 35 36 37 38 Dráha [m] Obr. 9 Smě rová odchylka vně jšího kolejnicové ho pásu v oblouku R = 345 m (oblouk A7). V pří padě vodicích sil Y na vně jších kolech jednotlivých náprav, jsou nejvě tší hodnoty na prvním nabíhajícím kole a druhých nejvě tších hodnot dosahuje třetí náprava. Interval hodnot těchto sil u zadních náprav podvozků je zřetelně úzký, což svě dčí o nízké úrovni dynamiky těchto náprav v těchto obloucích. U prvních náprav podvozků je tomu naopak v důsledku pevné ho nalehnutí okolků na vně jší kolejnicový pás a sledování jeho smě rových odchylek. Obdobným způsobem byly hodnoceny výsledky výpočtů pro jízdní obrys ZI-3 (λ ekv =.) a jízdní obrys provozně opotřebený v kombinaci provozně opotřebenou kolejnicí s λ ekv =.4. Dále byly hodnoceny výsledky simulačních výpočtů pro oblouky skupiny B s polomě ry R = 5 8 m. Výsledky simulačních výpočtů v jednotlivých úsecích tratí podle stanovené rychlosti jsou podle UIC 518 navíc ještě hodnoceny dalšími veličinami. Hodnotí se tak i v grafech znázorně né hodnoty příčných a svislých zrychlení na podlaze skří n ě vozidla nad jednotlivými podvozky jako veličiny charakterizující jízdní vlastnosti vozidla a hodnoty příčných zrychlení rámu podvozku nad jednotlivými nápravami. Tato zrychlení charakterizují bezpečnost jízdy vozidla. Na Obr. 1 a Obr. 11 jsou jako ukázka znázorně né hodnoty zrychlení určující jízdní vlastnosti a bezpečnost jízdy vozidla. Tyto průbě hy svě dčí o tom, že ani z průbě hu zrychlení na rámu podvozku nelze soudit na síly mezi dvojkolím a kolejí i když jsou hodnoceny celé intervaly významnosti jejich hodnot.
Dopravnífakulta JP Univerzita Pardubice DiP Č eská Třebová NAKLÁ PĚCÍ JEDNOTKA Ř ADY 68 vý sledky simulačních vý počtů Jízdnívlastnosti zrychlení na skříni y..*, z..* Příloha č. List č. Zpráva č. DP /1 Trať: Ú stín.l.-lovosice, km 514.8 495.6 Kolej: 1. oblouky R = 5 8 m Rychlost jízdy: 1 13 km/h Kontaktní soubor: UIC-U136 (Le=.17) Převý š ení: Rozchod: Vů z: 3 y..*1 limitníhodnota.5 m/s^ 3 y..*1 limitníhodnota.5 m/s^ y..*1.15 % [m/s^] 1 y..*1 99.85 % [m/s^] 1 1 5 1 15 5 1 5 1 15 5 3 y..* limitníhodnota.5 m/s^ 3 y..* limitníhodnota.5 m/s^ y..*.15 % [m/s^] 1 y..* 99.85 % [m/s^] 1 1 5 1 15 5 1 5 1 15 5 3 z..*1 limitníhodnota.5 m/s^ 3 z..*1 limitníhodnota.5 m/s^ z..*1.15 % [m/s^] 1 z..*1 99.85 % [m/s^] 1 1 5 1 15 5 1 5 1 15 5 3 z..* limitníhodnota.5 m/s^ 3 z..* limitníhodnota.5 m/s^ z..*.15 % [m/s^] 1 z..* 99.85 % [m/s^] 1 1 5 1 15 5 Obr. 1 1 5 1 15 5
17 Dopravnífakulta JP Univerzita Pardubice DiP Č eská Třebová NAKLÁ PĚCÍ JEDNOTKA Ř ADY 68 vý sledky simulačních vý počtů Bezpeč nost jízdy zrychlení na podvozku y..+ Příloha č. List č. Zpráva č. DP /1 Trať: Ú stín.l.-lovosice, km 514.8 495.6 Kolej: 1. oblouky R = 5 8 m Rychlost jízdy: 1 13 km/h Kontaktní soubor: ZI3-U136 (Le=.) Převý š ení: Rozchod: Vů z: 1 y..+1 limitníhodnota 11 m/s^ 1 y..+1 limitníhodnota 11 m/s^ y..+1.15 % [m/s^] 1 8 6 4 y..*1 99.85 % [m/s^] 1 8 6 4 1 5 1 15 5 1 5 1 15 5 1 y..+ limitníhodnota 11 m/s^ 1 y..+ limitníhodnota 11 m/s^ y..*.15 % [m/s^] 1 8 6 4 y..* 99.85 % [m/s^] 1 8 6 4 1 5 1 15 5 1 5 1 15 5 1 y..+3 limitníhodnota 11 m/s^ 1 y..+3 limitníhodnota 11 m/s^ y..+3.15 % [m/s^] 1 8 6 4 y..+3 99.85 % [m/s^] 1 8 6 4 1 5 1 15 5 1 5 1 15 5 1 y..+4 limitníhodnota 11 m/s^ 1 y..+4 limitníhodnota 11 m/s^ y..+4.15 % [m/s^] 1 8 6 4 y..+4 99.85 % [m/s^] 1 8 6 4 1 5 1 15 5 1 5 1 15 5 Obr. 11
4 Závěr Na základě hodnocení prvních provedených simulačních výpočtů jízdy naklápě cí jednotky CDT 68 na reálných úsecích tratí 1. koridoru ČD v úsecích Brno-Blansko a Lovosice-Ú stí nad Labem je možno konstatovat: - Na vyhodnocovaných úsecích 1. koridoru určených k prvním zkouškám vlaku CDT 68 nebylo dosaženo mezních hodnot v žádné z hodnotících veličin. - Při simulačních výpočtech nepřesáhly maximální dosažené hodnoty pomě ru Y/Q hodnotu.6. - Maximální hodnoty sil SY dosáhly v malých polomě rech oblouků hodnot do 73% mezní hodnoty síly podle Prud homa. Při zaznamenaných rázech dosáhly tyto hodnoty až k 8% té to hodnoty. - Maximální hodnoty sil SY v obloucích o větších polomě rech dosáhly 68% a při rázech až na 77% hodnoty mezní. - Zmíně né vyšší hodnoty příčných sil vznikly vždy na lokalizovatelných místech se smě rovými odchylkami vně jších kolejnicových pásů od 4.5 do 6 jsoucích na pomě rně krátkých délkách kolejnice. K těmto rázům došlo při hodnotách do I = 4. - Tímto lze konstatovat, že ani statistické vyhodnocení odchylek koleje, ani hodnocení maximá lních hodnot těchto odchylek nelze použít k odhalení kritických míst na koleji. - Vzniklé zvýšené hodnoty příčných účinků nebyly zaznamenány obdobně výraznými hodnotami příčných zrychlení byť měřených na rámu podvozku. - Bude tedy možné ze změřených odchylek koleje soudit na nebezpeč ná místa koleje z jejich velikosti a dé lky, pokud se tato zkušenost proká že při jízdních zkoušká ch prvního vozidla. - Při porovnávání účinků vozidla se třemi jízdními obrysy, které se liší hodnotou ekvivalentní kuželovitosti (.17,. a.4) a z toho vyplývající rozdílnou hodnotou delta-r funkce lze konstatovat, že s rostoucí hodnotou kuželovitosti rostou příčné účinky zadní nápravy. Ukázkou mohou být výsledky v oblouku A4 v úseku č. 9 kde z původního rozdílu maximálních hodnot sil SY4 a SY1 o hodnotě 5 kn vznikl rozdíl 1 kn. Síla SY4 je tak o 3 % vyšší proti síle SY1 při značně opotřebené m jízdním obrysu s l ekv =.4. Tento jev, zaznamenaný i v podmínkách vyšších hodnot nedostatku převýšení než 7, bude vyžadovat sledování vývoje jízdního obrysu vozidla v provozu ČD a podle toho sledovat možnost vyšších silových účinků tohoto dvojkolí na kolej než u dvojkolí prvního. - Z průbě hu svislých kolových sil ve vzestupnici podle Blosse lze konstatovat, že tento průbě h je znatelně rovnomě rně jší. Průbě h výškových odchylek však toto může znehodnotit. - Použití simulačních výpočtů prokázalo jejich podpůrné možnosti ve vyhledávání kritických míst na trati, která nelze odhalit subjektivním posuzováním při jízdě na stanovišti strojvedoucího ani měřením příčných zrychlení na vozidle. Literatura [1] IZER, J., ZELENKA, J., LATA, M., CHALOUPECKÝ, T.: Interakce koleje a vozidel s naklá pěcískřínípři různé m provozním stavu. Zpráva DP-/1, Univerzita Pardubice, DFJP, Česká Třebová 1. [] IZER, J., ZELENKA, J., LATA, M., MUSIL, M.: Vozidlo a kolej na modernizovaný ch železničních tratích. Výroční zprávy a závěrečná zpráva řešení výzkumné ho úkolu pro MDS ČR, Univerzita Pardubice, DFJP, Česká Třebová 1997. [3] ZELENKA, J., IZER, J., CHALOUPECKÝ, T., MUSIL, M.: Servisníčinnost a výzkum specializované ho pracoviště dvojkolí-kolej. Zpráva DP-/, Univerzita Pardubice, DFJP, Česká Třebová.