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

Některé nejasnosti v evropských normách pro nákladní vozy a dopad na jejich schvalování Zdeněk Malkovský VÚKV a.s. Bucharova 1314/8 158 00 Praha 5 [email protected]

www.vukv.cz

ACRI Akademie 26.05.2015

1

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

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


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


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


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


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 ACRI Akademie 26.05.2015

6


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


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 5302:2008, dostupné na webové stránce www.uic.org/spip.php?article1521 (lze zvolit francouzštinu nebo němčinu).


8


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 tdry 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.

tdry

Součinitel tření tdry 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) ACRI Akademie 26.05.2015

9


JÍZDNÍ BEZPEČNOST 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. Dzmax ≤ 5 mm b) Metoda 2: (Y/Q) ≤ 1,2 c) Metoda 3: (DQ/Q0) ≤ 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 .

2Q0 (kN) ACRI Akademie 26.05.2015

10


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


JÍZDNÍ BEZPEČNOST 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/2013-01-INT „Interoperability unit. Technical dokument. Specific procedur efor running dynamics“ z 2013-02-11. 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 14363 u nákladních vozů s definovanými charakteristikami“. 2) Zavedený pojezd Pojem „zavedený pojezd“ uvedený v kapitole 6.1.2.1 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


JÍZDNÍ BEZPEČNOST TRAŤOVÉ ZKOUŠKY – JÍZDNĚ TECHNICKÉ ZKOUŠKY Parametry zavedeného pojezdu skupiny Y25 podle EN 16235:2013


13


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


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. ACRI Akademie 26.05.2015

15


OBRYS VOZIDEL Revize TSI WAG uvádí jako závaznou kompletní normu EN 15273-2:2009. V TSI WAG jako interoperabilní obrys není uveden obrys G2.

Kinematické obrysy GA, GB a GC ACRI Akademie 26.05.2015

G2 16


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


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 571-4 => přidělení kódu kompatibility podle UIC 596-6 takovému vozu se stává problémem.


18


OBRYS VOZIDEL

Rozsah diagramu ve vyhlášce UIC 596-6 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


OBRYS VOZIDEL

Postup aplikovaný ve VÚKV pro stanovení hodnoty korekčního čísla pro kód kompatibility C (značí vůz pro přepravu kontejnerů) 

Analýza obsahu vyhlášek UIC 596-6 a UIC 571-4



Identifikace diagramu ve vyhlášce UIC 596-6 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


OBRYS VOZIDEL

Interpretace technického obsahu diagramu Extrapolace diagramu pro vzdálenost otočných čepů podvozků zadaného vozu. extrapolace VÚKV a.s.

Graf závislosti výšky podlahy kontejnerových vozů a vzdálenosti otočných če p ů

1200

výška podlahy od TK [mm]

1150

1100

1050

1000

950

900 10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

vzdálenost otočných čepů a [m] příloha D, UIC 596-6

Typ 2

Typ 2a

Typ 2b

Typ 4

Typ 4a

Typ 1

Typ 5

Řada9

Výpočet korekčního čísla.


21


PEVNOST SKŘÍNÍ NÁKLADNÍCH VAGÓNŮ SOUČASNÝ STAV TSI WAG – Nařízení komise (EU) č. 321/2013 a 1236/2013

Článek 4.2.2.2 „Konstrukce skříně jednotky, všechny úchyty zařízení a body pro zvedání musí být navrženy tak, aby v případech zatížení vymezených v kapitole 5 normy EN 12663-2:2010 nevznikly žádné trhliny, žádné významné trvalé deformace nebo porušení materiálu. Postupy spojování se považují za vyhovující prokázáním shody v souladu s bodem 6.2.2.1.“ Článek 6.2.2.1 „Prokázání shody se provede v souladu s kapitolami 6 a 7 normy EN 12663-2:2010. 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 4.2.2.2 musí být jednotka posouzena v souladu s bodem 8 normy EN 12663-2:2010 a zařazena do kategorie F-I v souladu s bodem 5.1 normy EN 12663-2:2010 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 8.2.5.1 normy EN 12663-2:2010.“ ACRI Akademie 26.05.2015

22


PEVNOST SKŘÍNÍ NÁKLADNÍCH VAGÓNŮ SOUČASNÝ STAV EN 12663-2:2010 - 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 12663-1 “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 12663-2 pro nákladní vagóny. Norma EN 12663-2 „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 12663-2:2011 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. ACRI Akademie 26.05.2015

23


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 12663-2 nebo ERRI B12/RP 17. Důvody: - Posouzení shody s požadavky TSI WAG a EN 12663-2 nezohledňuje všechna reálné zatížení; - Nedostatečné a nekonzistentní hodnoty dovolených napětí; - Nedostatečné zohlednění skutečných provozních podmínek nákladních vagónů.


24


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 12663-2 není požadováno ověřovat pevnost skříně pouze od vlastní hmotnosti. ACRI Akademie 26.05.2015

25



20 MPa

112 MPa

Namáhání od ložení 30,5 t ACRI Akademie 26.05.2015

vlastní hmotnosti 26



Namáhání v provozu Ložený vůz 45 t

Prázdný vůz


27


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


28


PEVNOST SKŘÍNÍ NÁKLADNÍCH VAGÓNŮ PŘÍKLAD ÚNAVOVÝCH PORUCH – VAGÓN ř. Rilnns 0 MPa

Symetrické ložení

254 MPa

Vyosení ložení 192 mm


29


PEVNOST SKŘÍNÍ NÁKLADNÍCH VAGÓNŮ PŘÍKLAD ÚNAVOVÝCH PORUCH – VAGÓN ř. Rilnns 450

700

400

600

350 500

s (MPa)

s (MPa)

300 250 200 150

s = 1,3123.vyosení

400 300 s = 25,15.zkroucení

200

100 100

50 0

0

0

50

100

150

200

250

300

350

0

5

Vyosení nákladu (mm)

10

15

20

25

30

Zkroucení vozu (mm)

Závislost napětí v kritickém místě na: Vyosení nákladu

Zkroucení skříně vozu

V normě EN 12663-2 jsou uvedeny pouze některé typy provozních namáhání. Komplexnější pohled na provozní namáhání nákladních vozů v normě chybí.


30


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

Příklad ložení vagónu ř. Rilnns


31


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


ZÁVĚR

kapitoly (není závazné) Bude možné schválitNázev nekonvenční konstrukce nákladních vozů a jejich částí?


33


ZÁVĚR

Název kapitoly závazné) Jsou domyšleny všechny důsledky řešení,(není které jsou prosazovány z politické úrovně?

Snížení úrovně hluku zavedením kompozitových špalíků


34


Název kapitoly (není závazné)

Děkuji za pozornost


35


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

Recommend Documents