Předmluva. Lokomotivní simulátor část 1

Lokomotivní simulátor – část 1.

Předmluva Učební texty v tomto skriptu jsou určeny pro studenty bakalářského a magisterského studijního programu, oboru Dopravní technika a technologie. Tato část textu obsahuje problematiku ovládání hnacího vozidla, postupy pro zadávání vstupních souborů o vozidle a trati.

Autoři tímto děkují za podmětné připomínky recenzentu.

Ostrava, listopad 2010 Kolektiv autorů

4


Obsah Předmluva

4

Obsah

5

Seznam zkratek a symbolů

7

Úvod

8

1 Lokomotivní simulátor

9

Ovládací pult lokomotivního simulátoru

9

Popis ovládacích a sdělovacích prvků na ovládacím pultu simulátoru

11

1.2.1 Ovládací prvky na řídícím pultu simulátoru

12

1.2.2 Sdělovací prvky na řídícím pultu simulátoru

22

2 Matematický model simulace jízdy vlaku

26

2.1 Rovnováha podélných sil

26

2.2 Výpočet vozidlového odporu soupravy vozidel

30

2.3 Výpočet traťového odporu soupravy vozidel

31

2.4 Výpočet odporu ze zrychlení soupravy vozidel

34

2.5 Výpočet adhezních poměrů při simulaci

35

2.6 Matematický model činnosti samočinné vlakové brzdy

37

3 Výpočet teoretické jízdní doby

41

3.1 Průběh rychlosti vozidel – tachogram

41

3.1.1 Výpočetní metoda

42

3.1.2 Setrvačný sklon

42

3.1.3 Konstrukce s0 – V diagramu

43

3.2 Výpočet teoretické jízdní doby pro traťový úsek Bohumín - Čadca

44

3.2.1 Redukovaný traťový profil

45

3.2.2 Konstrukce tachogramu jízdy

46

4 Hospodárné vedení vlaku

54

4.1 Postupy a metody řešení

54

4.2 Spotřeba elektrické energie

54

4.3 Analýza pohybu vlaku

56

4.3.1 Rozjezd vlaku

57

4.3.2 Pohyb rovnoměrnou rychlostí

59

4.3.3 Výběh

61

4.3.4 Brzdění vlaku

64 5

Lokomotivní simulátor – část 1. 4.3.5 Zvláštní případy

64

4.4 Ověření teoretických poznatků

75

4.4.1 Základní model vlaku a trati

76

4.4.2 Model trati A

79

4.4.3 Model trati B

81

4.4.4 Model trati C

82

4.4.5 Model trati Bohumín - Přerov

83

4.5 Citlivostní analýza spotřeby trakční elektrické energie

89

4.6 Závěr

92

6


Seznam zkratek a symbolů ČD

České dráhy, a.s.

ČSD

Československé státní dráhy

HKV

hnací kolejové vozidlo

HV

hnací vozidlo

7


Úvod Aplikace lokomotivních simulátorů lze rozdělit do dvou oblastí pouţití. První oblast pouţití představují lokomotivní simulátory budované v minulosti pro potřeby ţelezničního podniku ČSD. ČSD jako monopolní dopravce vyuţíval lokomotivní simulátory k výcviku strojvedoucích v řízení a obsluze hnacích vozidel (do současnosti se zachovalo funkční zařízení tohoto typu v DKV Česká Třebová). Druhou oblasti pouţití představuje vysoké školství. V rámci bývalé ČSSR měla v oblasti dopravního školství největší význam Vysoká škola dopravy a spojů v Ţilině. Na této vysoké škole byl vybudován lokomotivní simulátor 1. vývojové generace s vizualizací skutečného traťového úseku pomocí filmové techniky. Tento lokomotivní simulátor představoval nejvyšší realizované technické řešení a umoţnil několika generacím ţelezničních inţenýrů výcvik v oblasti řízení kolejových vozidel. Přesto nebylo moţno s ohledem na rozvoj počítačových technologií zabránit zastarání tohoto lokomotivního simulátoru. Další lokomotivní simulátory vyšších vývojových generací jiţ vybudovány nebyly. Aplikace lokomotivních simulátorů v zahraničí dosáhla vyšší úrovně neţ v ČR. To je dáno vyšší technickou úrovní ţelezniční dopravy. Rozvoj vysokorychlostní ţelezniční dopravy způsobil nutnost aplikace lokomotivních simulátorů do oblasti školení personálu ţelezničních dopravců. Proto byl realizován vývoj lokomotivních simulátorů nejvyšší technické úrovně na komerční bázi. Lokomotivní simulátory jsou tak vyvíjeny a vyráběny specializovanými společnostmi a nabízeny ţelezničním dopravcům v různých variantách provedení (např. Simutrain francouzské firmy Giravions Dorand Industries, která vytváří ucelené pracoviště pro výcvik strojvedoucích vlaků a je vyuţívána francouzskými ţeleznicemi SNCF). Nejvyšší v současnosti realizovaný vývojový stupeň představují lokomotivní simulátory, které kromě vyuţití výpočetní techniky pro simulační výpočty vyuţívají počítače pro digitální vizualizaci trati. V rámci dosaţení maximálního vjemu při řízení vozidla je pouţit pohybový systém vyvozování silových účinků na obsluhu simulátoru pomocí hydraulického naklápěcího systému, který byl převzat z obdobně konstruovaných leteckých simulátorů. Simulátory tohoto typu jsou obvykle pořizovány významnými ţelezničními společnostmi po celém světě (např. u francouzských státních ţeleznic SNCF, kde slouţí k výcviku strojvedoucích vysokorychlostních vlaků TGV ve výcvikovém centru Hellemes, nebo výcvikové centrum německých ţeleznic DB AG v Mainz vybudované firmou Krauss Maffei a Daimler Benz Aerospace). 8


1 Lokomotivní simulátor Konstrukční řešení lokomotivního simulátoru je realizováno s technologickou částí na bázi PC s rozhraním k obsluţnému pracovišti. Zařízení je koncipované modulárně a je tak moţné provádět jak laboratorní experimenty, tak i výcvik při obsluze hnacích vozidel. Vizualizace traťového úseku je s vyuţitím výpočetní techniky. Zařízení lokomotivního simulátoru tvoří: Ovládací pult lokomotivního simulátoru Pracoviště instruktora Projekční plocha pro zobrazení traťového úseku

Obr. 1.1: Schéma laboratoře lokomotivního simulátoru.

Ovládací pult lokomotivního simulátoru Pracoviště lokomotivního simulátoru tvoří řídící pult skutečné elektrické lokomotivy z řady 163 ČD firmy Škoda Plzeň, který je řešen v rámci unifikace řídících stanovišť elektrických lokomotiv ČSD – ČD. Řídící pult lokomotivy je jedinou částí simulátoru, která byla převzata ze skutečného hnacího vozidla. Výhodou tohoto řešení je skutečnost, ţe je tento typ řídícího pultu pouţit u několika řad hnacích vozidel elektrické trakce pouze s malými odlišnostmi.

9


Obr. 1.2: Řídící pult před zabudováním do simulátoru.. Řídící pult z hnacího vozidla řady 163 převzatý pro účely lokomotivního simulátoru (Obr. 1.2) je vybaven základními řídícími a indikačními prvky, které v plném rozsahu odpovídají skutečnému řídícímu pultu hnacího vozidla. Řídící pult obsahuje tyto základní prvky (Obr. č. 1.3): Sdělovací prvky při řízení hnacího vozidla (sdělovací panel), oblast č. 1 Je proveden jako rovinný s odklonem 50 - 70° od vodorovné roviny. Ve střední části tohoto panelu je umístěna rychloměrová souprava. V jeho levé části pak sdělovače trakčního agregátu a v pravé části sdělovače automatizovaného řízení, brzdy a vlakového zabezpečovače. Na panelu sdělovačů musí být kromě sdělovacích přístrojů umístěny také signalizace závěru brzdy, nadměrného průtoku vzduchu do průběţného potrubí brzdy, centrální signalizace poruchy a signalizace poţáru na vozidle. Ovládací prvky k řízení hnacího vozidla (ovládací panel), oblast č. 2 Tento panel je proveden jako rovinný se sklonem maximálně 20° směrem ke strojvedoucímu a dělí do tří částí. Levá část musí obsahovat ovladače osvětlení a jednotlivé ovladače agregátů vozidla. Střední je určena pro rozloţení sešitového jízdního řadu a musí zde být páky kontrolérů a tlačítka bdělosti. V pravé části musí být umístěny ovladače brzdy, píšťaly, pískování a ovladače automatizovaného řízení. Ve sdělovacím panelu musí být namontován návěstní opakovač vlakového zabezpečovače, který musí být vybaven

10

Lokomotivní simulátor – část 1. protisluneční clonou. Vozidlo rovněţ musí být vybaveno radiostanicí a mikrofonem radiostanice. Radiostanice se umisťuje zpravidla na sdělovací panel nebo na panel ovladačů.

Obr. 1.3: Sdělovací a ovládací oblasti na řídícím pultu hnacího vozidla. Všechny přístroje, ovladače a sdělovače umístěné vně i uvnitř ovládacího pultu musí být dobře přístupné pro montáţ i následnou údrţbu a nesmí být zdrojem nadměrných odlesků.

Popis ovládacích a sdělovacích prvků na ovládacím pultu simulátoru Označení polohy „základní poloha“ představuje polohu ovladačů při deaktivaci řídícího pultu, při přechodu na protější stanoviště a popř. deaktivaci simulátoru. Označení polohy „základní provozní poloha“ představuje polohu ovladačů při řízení hnacího vozidla, popř. ovládání lokomotivního simulátoru. Reţim ARR (Automatická Regulace Rychlosti) je reţim ovládání vozidla, kdy obsluha vozidla nastavuje poţadovanou rychlost a regulátor hnacího vozidla zvyšuje nebo sniţuje poměrný tah tak, aby se hnací vozidla pohybovalo touto poţadovanou rychlostí.

11

Lokomotivní simulátor – část 1. 1.2.1 Ovládací prvky na řídícím pultu simulátoru Ovládací prvky na řídícím pultu lze rozdělit do tří částí. V levé části (viz Obr. 1.4) jsou umístěny ovladače:

Obr. 1.4: Ovladače v levé části pultu strojvedoucího. 1. Spínač řízení, slouţí k elektrickému blokování neobsluhovaného pultu. Jeho obsluha je moţná pomocí oddělitelné hlavice v podobě klíče, který je na hnacím vozidle pouze jeden. Tím je zajištěno mechanické blokování současné obsluhy obou pultů hnacího vozidla. Poloha:

0 – vypnuto – základní poloha, v této poloze je moţno klíč vyjmout ZAP – zapnuto – v této poloze není moţno klíč vyjmout

2. Ovladač topení vlaku, slouţí k aktivaci a deaktivaci vytápění soupravy vlaku. Poloha:

0 – vypnuto – základní poloha ZAP – zapnuto

Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční.

12

Lokomotivní simulátor – část 1. 3. Ovladač nouzového řízení tahu, slouţí k zadávání poţadovaného výkonu hnacího vozidla v reţimu obsluhy „Nouzová jízda“, kdy je z provozu vyřazena podstatná část elektronické regulace vozidla. Poloha:

0 – 12 – hodnoty regulačních stupňů při tomto reţimu obsluhy. Poloha 0 je základní poloha ovladače.

Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční. 4. Ovladač hlavního vypínače, přestavením do polohy ZAP se sepne hlavní vypínač hnacího vozidla. Poloha:

0 – základní poloha ovladače ZAP – hlavní vypínač se spíná – poloha není aretovaná, ovladač se po uvolnění vrací do základní polohy.

5. Tlačítko rozepnutí hlavního vypínače, tlačítko slouţí k ručnímu rozepnutí hlavního vypínače hnacího vozidla. 6. Ovladač ventilátorů, přepínáním se ovládají reţimy činnosti chladících ventilátorů trakčních motorů. Poloha:

VYP – přerušení chodu ventilátorů – poloha není aretovaná A – automatické spínání chodu ventilátorů – základní poloha ovládače R – ruční sepnutí chodu ventilátorů – reţim slouţí k dochlazování trakčních motorů

Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční. 7. Ovladač kompresoru 2, přepínáním se ovládají reţimy činnosti druhého kompresoru na hnacím vozidle. Poloha:

0 – kompresor je vypnutý – základní poloha A – automatické spínání chodu kompresoru – hlavní provozní poloha ovladače, chod kompresoru je řízen hodnotou tlaku v hlavních vzduchojemech za pomoci tlakového spínače; R – ruční spuštění kompresoru, tlak v hlavním vzduchojemu není

spínán tlakovým spínačem.

13

Lokomotivní simulátor – část 1. 8. Ovladač pomocného kompresoru a kompresoru 1, slouţí pro zapnutí pomocného kompresoru a ovládání kompresoru 1. Poloha:

PK – pomocný kompresor je zapnut 0 – kompresory jsou vypnuty – základní poloha A – automatické zapínání a vypínání kompresoru I – hlavní provozní poloha ovladače, chod kompresoru je řízen hodnotou tlaku v hlavních vzduchojemech za pomoci tlakového spínače; R ruční spuštění kompresoru I, tlak v hlavním vzduchojemu není spínán tlakovým spínačem.

9. Ovladač sběračů, slouţí k ovládání sběračů proudu hnacího vozidla. Poloha:

P – přední sběrač ve směru jízdy zdviţen 0 – sběrače staţeny – základní poloha Z – zadní sběrač ve směru jízdy zdviţen P+Z – zdviţen přední a zadní sběrač

10. Ovladače zadních návěstních světel, slouţí k ovládání a volbě druhu zadních návěstních světel. Poloha:

Č – červené návěstní světlo 0 – vypnuté návěstní světlo – základní poloha B – bílé návěstní světlo

Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční. 11. Ovladače předních návěstních světel, slouţí k ovládání a volbě druhu předních návěstních světel. Poloha:

Č – červené návěstní světlo 0 – vypnuté návěstní světlo – základní poloha B – bílé návěstní světlo

Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční. 12. Ovladač osvětlení měřících přístrojů, slouţí k regulaci podsvícení měřících přístrojů na ovládacím pultu strojvedoucího. Poloha:

TL – tlumené podsvícení přístrojů 0 – podsvícení přístrojů vypnuto – základní poloha 14

Lokomotivní simulátor – část 1. PL – plné podsvícení přístrojů Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční. 13. Ovladač osvětlení kabiny, slouţí k volbě osvětlení kabiny strojvedoucího. Poloha:

TL – tlumené osvícení kabiny 0 – osvícení kabiny vypnuto – základní poloha PL – plné osvícení kabiny

Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční. 14. Ovladač dálkového reflektoru, slouţí k regulaci dálkového reflektoru hnacího vozidla. Poloha:

N2 – zapnutí jednoho světa reflektoru samostatně N1 – zapnutí druhého světa reflektoru samostatně 0 – dálkový reflektor je vypnut – základní poloha P – plné světlo dálkového reflektoru TL – tlumení dálkového reflektoru

Pozn.: Při simulace pohybu vozidla je ovladač nefunkční. Ve střední části ovládacího pultu strojvedoucího jsou umístěny tyto ovládací prvky (viz Obr. 1.5):

15


Obr. 1.5: Ovladače ve střední části ovládacího pultu strojvedoucího. 15. Pákový ovladač směrového kontroléru, páka s posuvným pohybem slouţí k zadání směru jízdy, volbu směru jízdy lze provést pouze v klidové poloze hnacího vozidla. Poloha:

P – jízda vpřed z daného stanoviště 0 – mezistupeň při změně směru jízdy, základní poloha Z – jízda vzad z daného stanoviště

16. Osvětlení sešitového jízdního řádu, slouţí pro osvětlení sešitového jízdního řádu v prostoru 21. 17. Pákový ovladač řídícího kontroléru, slouţí pro ovládání hnacího vozidla ve dvou reţimech. V reţimu ručního řízení slouţí k zadání velikosti taţné síly hnacího vozidla. Nastavená hodnota poměrného tahu je zobrazena na zobrazovači 41. V reţimu ARR slouţí k nastavení poţadované rychlosti, která se zobrazuje na zobrazovači rychlosti. Poloha:

<<

-

rychlé

zvýšení

vozidla – nearetovaná poloha

16

taţné

síly

(rychlosti)

hnacího

Lokomotivní simulátor – část 1. + – pomalé zvýšení taţné síly (rychlosti) hnacího vozidla – nearetovaná poloha X – neutrální poloha – základní poloha ovladače, v této poloze nedochází ke změně regulace vozidla, zadané poţadavky zachovávají své hodnoty. - -pomalé sníţení taţné síly (rychlosti) hnacího vozidla – nearetovaná poloha >> - rychlé sníţení taţné síly (rychlosti) hnacího vozidla – aretovaná poloha 18. Pákový

ovladač

elektrodynamické

brzdy,

slouţí

k regulaci

výkonu

elektrodynamické brzdy nezávisle na regulaci brzdy pneumatické. Poloha:

+ - zvýšení účinku elektrodynamické brzdy B – neutrální poloha ovladače – základní poloha - – sníţení účinku elektrodynamické brzdy

19. Tlačítko vyrovnání nápravového tlaku, slouţí k ručnímu ovládání válců vyrovnávání nápravových sil. Jeho stlačením se vpouští vzduch do válců vyrovnávání nápravových sil, působících na přední čelníky podvozků ve směru pohybu. Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční. 20., 22. Tlačítko bdělosti, slouţí pro kontrolu bdělosti strojvedoucího. Není-li tlačítko v případě nutnosti obsluhy strojvedoucím stisknuto v definovaném intervalu, rozezní se zvukový signál, a pokud strojvedoucí po této výzvě nezareaguje, dojde k samočinnému zastavení vlaku rychločinně pomocí ventilu LVZ. Obsluha tlačítka můţe být nahrazena obsluhou jiných ovladačů (ovladač řídícího kontroléru, ovladač samočinné brzdy, tlačítko pískování, pedál houkačky). Zvukový signál zazní i v okamţiku, kdy tlačítka obsluhovány být neměly. 21. Místo pro sešitový jízdní řád. V pravé části ovládacího pultu strojvedoucího jsou umístěny tyto ovládací prvky (viz Obr. 1.6):

17


Obr. 1.6: Ovladače v pravé části ovládacího pultu strojvedoucího. 23. Ovladač režimu řízení hnacího vozidla, slouţí k volbě reţimu ovládání hnacího vozidla. Poloha:

R – manuální reţim řízení – základní poloha – v této poloze ovladače

strojvedoucí pomocí ovladače řídícího kontroléru (17), zadává poţadovaný poměrný tah. A – automatický reţim řízení, v této poloze se aktivuje reţim ARR, kdy strojvedoucí při řízení vozidla zadává poţadovanou rychlost. ZK – zkouška – poloha slouţí k realizaci stacionárního testu kotevních pulsních měničů. Při běţné obsluze vozidla se nevyuţívá. 24. Přepínač filtru LVZ – ovladač slouţí pro nastavení filtru snímání signálů liniové části zabezpečovacího zařízení. Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční. 25. Brzdič přímočinné brzdy (BP2). Přímočinná brzda (nesamočinná) je určena pouze pro brzdění samotné lokomotivy nebo hnacího vozu, např. pro zajištění vlaku proti pohybu při 18

Lokomotivní simulátor – část 1. jeho zastavení – brzdný účinek vyvozuje pouze hnací vozidlo. Na rozdíl od samočinné tlakové brzdy umoţňuje okamţitě zvyšovat a sniţovat tlak v brzdových válcích lokomotivy. Brzdný účinek se zvyšuje otáčením rukojeti směrem doleva. Na obrázku je znázorněna poloha pro vyvození maximálního brzdného účinku. Na kaţdém stanovišti je jeden tento brzdič. 26. Ovladač režimu jízdy, slouţí k volbě reţimů ARR a ovládání jízdy hnacího vozidla. Ovladač je funkční pouze při volbě polohy „A“ovladače režimu řízení hnacího vozidla č. 23. Poloha:

P – parkování, tento reţim se vyuţívá při stání hnacího vozidla, HV je brzděno pneumatickou brzdou s plnícím tlakem 2 bary. Poloha je aretovaná. V – výběh, tah vozidla je nastaven na nulovou hodnotu, vozidlo se pohybuje výběhem. V případě překročení nastavené rychlosti ARR je aktivován brzdný reţim pro udrţení této rychlosti. Poloha je aretovaná. J – jízda, - základní provozní poloha – ARR udrţuje nastavenou rychlost za pomocí nastavení velikosti poměrného tahu, popř. zavedením brzdného reţimu. Velikost poměrného tahu je limitovaná nastavením ovladače č. 27. Poloha je aretovaná. S – souhlas, tato poloha se pouţívá k udělení souhlasu se započetím reţimu tahu při rozjezdu HV z klidu. V této poloze musí být ovládač do dosaţení rychlosti cca 4 km·h-1 . Poloha není aretovaná.

Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční. 27. Ovladač poměrného tahu, slouţí k nastavení omezení poměrného tahu hnacího vozidla v automatickém reţimu řízení. Poloha:

1 – je vyřazena elektrodynamická brzda 2-12 – jednotlivé polohy pro nastavení poměrného tahu hnacího vozidla, elektrodynamická brzda je na 100% účinnosti

28. Tlačítko píšťaly, slouţí k zvukové návěsti, po stisknutí se rození píšťala na hnacím vozidle. 29. Tlačítko pomalé jízdy. Po stisknutí tlačítka regulátor hnacího vozidla odečítat vzdálenost, od polohy stisknutí tlačítka. Toto se prosvětlí. Strojvedoucí tak nemusí sledovat, 19

Lokomotivní simulátor – část 1. zda konec vlaku (poslední vůz) minul návěst konce sníţené rychlosti. Pro správnou činnost zařízení se musí nejdříve navolit příslušný počet náprav vlaku a druh vlaku, protoţe pro osobní a nákladní vlaky jsou rozdílné přepočtové koeficienty přepočtu náprav na vzdálenost. Po překonání vzdálenosti určené nastavení počtu náprav prosvětlení tlačítka zhasne. S reţimu ARR a pokud je poţadovaná rychlost větší neţ skutečná,pak HV začne vyvíjet taţnou sílu k postupnému vyrovnání obou rychlostí. Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční. 30. Přepínač druhu vlaku, slouţí pro volbu druhu vlaku. Poloha:

Os – osobní N – nákladní

Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční. 31. Pákový brzdič nepřímočinné (samočinné) brzdy (OBE). Kaţdé hnací vozidlo určené k vedení vlaku musí být vybaveno ovladači tohoto typu vzduchových brzd. Tento ovladač svou polohou ovládá činnosti elektricky ovládaného brzdiče ve strojovně HV. Poloha:

R – rychločinné brzdění (přímým mechanickým odvětráním se prudce sníţí tlak v hlavním potrubí brzdy, čímţ dojde k realizaci maximálního brzdného účinku brzdového zařízení všech vozidel vlaku zapojených do brzdového systému. Poloha je aretovaná. B – provozní brzdění, poloha pro zavedení nebo zvyšování brzdného účinku nepřímočinného brzdového systému vlaku. Velikost účinku brzdového systému je ovládána dobou setrvání brzdiče v této poloze. (čím déle drţíme brzdič v této poloze, tím větší bude brzdící účinek). Poloha není aretovaná. J – jízda – základní provozní poloha - v této poloze ovladače elektrický brzdič udrţuje nastavený tlak v hlavním potrubí nepřímočinného brzdového systému vlaku. Ztráty tlaku netěsnostmi či odběrem vzduchu z tohoto potrubí jsou doplňovány. Poloha je aretovaná. O – odbrzdění, přestavěním ovladače do této polohy elektrický brzdič sniţuje tlak v hlavním potrubí nepřímočinného brzdového systému vlaku aţ do nastavení základní provozní hodnoty – úplného odbrzdění (5 barů). Velikost sníţení účinku brzdového systému je ovládána dobou

20

Lokomotivní simulátor – část 1. setrvání brzdiče v této poloze. (čím déle drţíme brzdič v této poloze, tím větší bude sníţení brzdícího účinku). Poloha není aretovaná. Z – závěr – základní poloha ovladače – tato poloha na obsluhovaném stanovišti HV přestaví elektrický brzdič do reţimu, kdy nedoplňuje vzduch do hlavního potrubí nepřímočinného brzdového systému vlaku – HV se z hlediska řízení brzdového systému chová jako taţené vozidlo. Tato poloha umoţňuje přenést ovládání brzdového systému na druhé stanoviště hnacího vozidla popř. na jiné HV ve vlaku. Poloha je aretovaná. P – přebití, poloha slouţí k nastavení reţimu elektrického brzdiče, kdy v rámci necitlivosti brzdy (mírné zvýšení nad hodnotu 5 barů a následný pomalý pokles tlaku na hodnotu 5 barů v hlavním potrubí) dochází k vyrovnání tlaků v řídících systémech rozvaděčů zapojených dosetému vzduchové nepřímočinné brzdy. Poloha není aretovaná. Š – švih, poloha ovladače slouţí ke zvýšení průtoku vzduchu do hlavního potrubí pro rychlejší nárůst tlaku vzduchu při odbrzďování. Velikost tlaku není regulována, můţe dojít nepřípustnému zvýšení tlaku v hlavním potrubí nad prohozní hodnotu (5 barů) a tím k nepřípustnému nastavení tlaků v řídících systémech rozvaděčů zapojených dosetému vzduchové nepřímočinné brzdy. (slangově k „přebití brzdy“). Po pouţití této polohy systém automaticky zavádí reţim nízkotlakého přebití – viz popis fungování vzduchových rozvaděčů brzdy v doporučené literatuře. Poloha není aretovaná. 32. Ovladač spřáhla, ovladač měl původně slouţit k ovládání následně dosazovaného automatického spřahacího ústrojí. Na vozidlech není vyuţíván. 33. Tlačítko pískování, po stisknutí tlačítka dochází k pískování - sypání křemičitého písku pod kola předního dvojkolí podvozku ve směru pohybu hnacího vozidla. Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční. 35. Tlačítka ovládání jízdy vozidla, slouţí k ovládání regulaci tahu v reţimu ručního řízení a nastavení poţadované rychlosti hnacího vozidla v reţimu ARR (automatická regulace rychlosti),obdobně jako u pákového ovladače řídícího kontroléru č. 17. Pouţívá se v případě,

21

Lokomotivní simulátor – část 1. jestliţe strojvedoucí obsluhuje vozidlo ve stoje při výhledu z bočního okna kabiny (odjezd vlaku, posun). Tlačítko:

+ - zvýšení poměrného tahu – poţadované rychlosti hnacího vozidla. - - sníţení poměrného tahu – poţadované rychlosti hnacího vozidla.

1.2.2 Sdělovací prvky na řídícím pultu simulátoru Sdělovací

prvky

na

řídícím

pultu

lze

rozdělit

rovněţ

do

tří

částí.

Obr. 1.7: Sdělovací prvky umístěné v pravé části pultu strojvedoucího. V pravé části (viz Obr. 1.7) jsou umístěny tyto sdělovací prvky: 36. Ukazatel tlaku v hlavním vzduchojemu a průběžném potrubí, tlakoměr má rozsah 16 bar. Červená ručička ukazuje tlak v hlavním vzduchojemu (tlak v hlavním vzduchojemu je 8-10 bar) a černá ručička ukazuje tlak v průběţném potrubí (provozní tlak v hlavním potrubí je 5 bar). 37. Ukazatel tlaku v brzdových válcích a převodníku, tlakoměr má rozsah 16 bar.. Červená ručička ukazuje tlak v brzdových válcích (tlak 0 bar – odbrzděno, tlak vyšší jak 0 bar 22

Lokomotivní simulátor – část 1. – je vyvozován brzdný účinek vzduchové tlakové brzdy) a černá ručička ukazuje tlak v převodníku pro spolupráci pneumatické brzdy s regulátorem řízení vozidla. 38. Návěstní opakovač, slouţí k zobrazení přenášených návěstí z traťového a staničního zabezpečovacího zařízení na stanovišti strojvedoucího na úsecích, které tento přenos umoţňují. Na úsecích, které přenos návěstí neumoţňují je funkční pouze světlo modré barvy. Pomocí potenciometru lze sníţit nebo zvýšit jas. Základní zobrazované návěsti: Ţluté světlo – přenášená návěst „Výstraha“ – na nejbliţším následujícím návěstidle je návěst „Výstraha“. Není nutná obsluha Tlačítka bdělosti Červené světlo – přenášená návěst „Stůj“ – na nejbliţším následujícím návěstidle je návěst zakazující jízdu kolem návěstidla. Je nutná obsluha Tlačítka bdělosti Zelené světlo – přenášená návěst „volno“ – na nejbliţším následujícím návěstidle je návěst „Volno“. Není nutná obsluha Tlačítka bdělosti Ţluté mezikruţí – přenášená návěst omezující rychlost vlaku – na nejbliţším následujícím návěstidle je návěst nařizující sníţení rychlosti vozidel projíţdějících kolem návěstidla. Je nutná obsluha Tlačítka bdělosti Modré světlo – signalizace jízdy po úseku, kde není přenos návěstí, popř. výluky zabezpečovače při stání vozidla a jeho zabrzdění na hodnotu min. 2 bary tlaku vzduchu v brzových válcích. Pokud signalizace zhasne, je nutné do stanovené doby provést obsluhu Tlačítka bdělosti. 39. Síťový vypínač ovládacího pultu lokomotivního simulátoru, slouţí k zapnutí napájení pultu strojvedoucího. Ovladač není součástí skutečného pultu na hnacím vozidle. 40. Ovládací panel mobilní části Liniového vlakového zabezpečovače (LVZ). Poloha:

VYPNUTO - zabezpečovač je vypnutý. START – poloha, kdy dochází k inicializaci mobilní části mobilní části na vozidle. PROVOZ – základní provozní poloha – provoz mobilní části Liniového vlakového zabezpečovače je nastaven na běţný traťový provoz.

41. Ukazatel poměrného tahu, zobrazuje hodnotu poměrného tahu hnacího vozidla. Poloha vpravo je hodnota představuje tah hnacího vozidla, poloha ručičky vlevo od nuloví polohy0 pak brzdnou sílu elektrodynamické brzdy. 23


42. Signalizace stavů systému tlakové vzduchové brzdy na HV ZÁVĚR – signalizuje stav, kdy ovladač elektrického brzdiče OBE2 č.31 je v poloze Závěr a elektrický brzdič je v reţimu „Závěr“. Ovládání samočinné brzdy není moţné. PRŮTOK – kontrolka signalizuje zvýšený průtok vzduchy přes elektrický brzdič do hlavního potrubí, jehoţ příčinou můţe být zvýšená netěsnost tohoto potrubí (např. poškozené nebo přetrţené brzdové spojky mezi vozy) ne pouţití ovladačů pro záchranné brzdění kdekoliv ve vlaku. Strojvedoucí musí tento stav prověřit, popř. zavést reţim rychločinného brzdění ovladačem brzdiče. 43. Nastavení počtu náprav vlaku, slouţí k zadání počtu náprav vlaku, které pak dále slouţí k odečítání náprav při průjezdu kolem konce úseku se sníţenou rychlostí (viz ovladač č. 29). V levé části (viz Obr. 1.8) jsou umístěny tyto sdělovací prvky:

Obr. 1.5: Sdělovací prvky v levé části pultu strojvedoucího. 44. Místo pro radiostanici,

24

Lokomotivní simulátor – část 1. 45. Ovladač uzemňovače a odpojovačů sběračů, slouţí k ovládání spínačů na střeše hnacího vozidla. Odpojovače slouţí k propojení sběračů s dalšími vysokonapěťovými obvody hnacího vozidla, uzemňovač k propojení zařízení na střeše s kostrou vozidla, tj. uvedení hnacího do bezpečného stavu Poloha:

P – odpojovač předního sběrače ve směru jízdy vpřed z daného stanoviště sepnut O – základní poloha - oba odpojovače sběračů rozepnuty, uzemňovač sepnut. Z – odpojovač zadního sběrače ve směru jízdy vpřed z daného stanoviště sepnut P+Z – základní provozní poloha - odpojovače obou sběračů sepnuty

46. Voltmetr napětí v troleji - ukazuje napětí v troleji 47. Ukazatel proudu, procházejícího kotvami trakčních motorů I. motorové skupiny. 48. Ukazatel proudu akumulátoru hnacího vozidla. 49. Voltmetr nabíjecího napětí akumulátoru hnacího vozidla. 50. Indikátor stavu stykače topení vlaku. Indikuje, zda je topení vlaku zapnuté (svislá poloha) nebo vypnuté (vodorovná poloha). 51. Indikátor stavu hlavního vypínače hnacího vozidla - vodorovná poloha signalizuje rozepnutý stav hlavního vypínače hnacího vozidla, svislá poloha signalizuje sepnutý hlavní vypínač hnacího vozidla. 52. Ukazatel proudu, procházejícího budícím vinutím trakčních motorů. 53. Ukazatel proudu, procházejícího kotvami trakčních motorů II. motorové skupiny.

25


2 Matematický model simulace jízdy vlaku 2.1 Rovnováha podélných sil Matematický model při simulaci jízdy soupravy kolejových vozidel popisuje chování soupravy při jejím pohybu po traťovém úseku pomocí matematických vztahů. Jízda soupravy vozidel představuje pohyb hmotných bodů po definované trajektorii, tvořící traťový úsek. Mezi jednotlivými hmotnými body, které představují jednotlivá kolejová vozidla soupravy, jsou vytvořeny vzájemné vazby. Přehled působících sil a vazeb mezi jednotlivými vozidly je naznačen na obrázku Obr. 2.1.

Obr. 2.1: Silový rozbor vozidel vlakové soupravy. Pro matematický popis jízdy soupravy vozidel se vyuţívá rovnice podélných sil – deklarovaná jako základní rovnice pohybu vlaku [Široký, 2004]. Pro kaţdé vozidlo vlakové soupravy podle Obr. 2.1 můţeme vytvořit rovnici podélných sil. Rovnováha obecných sil: F  m  a [N] Pro hnací vozidlo:

(2.1)

FOK  OTHV  OVHV  FS 

Pro vůz č. 1:

S1  OT 1  OV 1  FS1 

Pro vůz č. 2:

S 2  OT 2  OV 2 

GV 1 a g

GV 2 a g

[N]

GHV  a [N] g [N]

(2.2)

(2.3)

(2.4)

Postup sestavení rovnic podélných sil je analogický i pro další vozidla soupravy. Protoţe jsou jednotlivá vozidla vlakové soupravy spojená spřáhly tvořícími vzájemné vazby (v případě simulace předpokládáme, ţe jsou to dokonale tuhé vazby), lze definovat vazební 26

Lokomotivní simulátor – část 1. vztahy FS = S1 a FS1 = S2. Za těchto předpokladů lze sestavit pro soupravu jednu rovnici podélných sil:

FOK  OTHV  OVHV  OT 1    OTi  OV 2  OV 1i 

GHV  GV 1    GVi  a [N] g

(2.5) Jelikoţ můţe být při řešení vlakové rovnice počet vozidel soupravy vozidel neomezený a předem nedefinovaný, je nutno provést úpravu a substituce umoţňující obecné řešení. Tyto úpravy stanovují velikost celkové tíhy vlakové soupravy, celkového jízdního odporu vlakové soupravy a celkového traťového odporu vlakové soupravy. Celková tíha soupravy vozidel Vlaková souprava je tvořena hnacím vozidlem a taţenými vozidly. Celková tíha vlakové soupravy je dána součtem tíhy jednotlivých vozidel.

n GV   GVi i1

i = 1, 2, 3….n

[N]

(2.6)

Celkový vozidlový odpor soupravy vozidel Celkový vozidlový odpor soupravy vozidel je dán součtem vozidlových odporů jednotlivých vozidel. Stanovení jízdního odporu vozidel je provedeno v části 2.2. n OV   OVi i = 1, 2, 3….n i1

[N]

(2.7)

Celkový traťový odpor soupravy vozidel Celkový traťový odpor soupravy vozidel je součtem traťových odporů jednotlivých vozidel. Stanovení traťového odporu vozidel je provedeno v části 2.5.3. n OT   OTi i = 1, 2, 3….n i 1

[N]

(2.8)

Celková brzdná síla vlakové soupravy 27

Lokomotivní simulátor – část 1. Za účelem regulace rychlosti pohybu soupravy vozidel se realizuje reţim brzdění účinkem brzdového zařízení vozidel. . Brzdy pracují na různých principech činnosti a vytvářejí brzdnou sílu FB, která působí proti pohybu vozidla. Celková brzdná síla soupravy vozidel je dána součtem brzdných sil jednotlivých vozidel. n F  F B i1 BVi

i = 1, 2, 3….n

[N]

(2.9)

Dosazením uvedených úprav do rovnice podélných sil vlakové soupravy (2.5) obecný tvar rovnice pohybu vlaku.

FOK  BV  OV  OT  OZR

[N]

(2.10)

Pro pouţití při simulaci je moţno vpouţít rovnicipohybu vlaku v následujícím tvaru.

FOK  BV  OV  OT 

GV  (1   )  a g

[N]

(2.11)

Výraz na pravé straně rovnice (2.11) představuje celkový odpor ze zrychlení soupravy vozidel. Postup výpočtu odporu ze zrychlení vlakové soupravy OZR a součinitele rotačních hmot vlakové soupravy je popsán v části 2.4.

OZR 

GV  (1   )  a g

[N]

(2.12)

Rovnici (2.12) dále upravíme na osamostatnění okamţitého zrychlení soupravy vozidel do následujícího tvaru.

a

FOK  BV  OV  OT  g [m·s-2] GV (1   )

(2.13)

28

Lokomotivní simulátor – část 1. Tento výpočet je součástí hlavní části programu simulace pohybu soupravy vozidel. Na základě stanovené hodnoty okamţitého zrychlení soupravy vozidel jsou provedeny další výpočty pohybu soupravy. Pro řešení rovnice pohybu vlaku je pouţita analytická metoda výpočtu jízdní doby s konstantním časovým krokem Δt [s]. Pomocí této metody stanovujeme průběh rychlosti jízdy vlaku v v závislostí na čase t. Řešení vlakové rovnice (2.13) pomocí počítače je provedeno jako opakovaný výpočet vlakové rovnice s konstantním časovým krokem Δt. Velikost časového kroku Δt ovlivňuje přesnost výpočtu simulace jízdy vlaku. Jako základní hodnota vyla stanovena hodnota Δt = 0,1 s. Stanovení okamţité rychlosti jízdy soupravy vozidel v k-tém kroku výpočtu

vk  vk 1  ak  Δt [m·s-1]

(2.14)

Stanovení ujeté dráhy soupravy vozidel v k-tém kroku výpočtu  v  vk Lk  Lk 1   k 1 2 

   Δt 

[m]

(2.15)

Stanovení celkového času jízdy soupravy vozidel v k-tém kroku výpočtu

t k  t k 1  Δt [s]

(2.16)

Okamţitá rychlost vlaku v, ujetá dráha vlaku L a celkový čas jízdy vlaku t jsou základními výstupními hodnotami simulace jízdy vlaku. Sdělovače řídícího pultu vlaku zobrazují okamţitou rychlost jízdy vlakové soupravy v km·h-1. Proto převod z rychlosti uvedené v m·s-1 na rychlost v km·h-1 je následující: V  3,6  v [km·h-1]

(2.17)

29

Lokomotivní simulátor – část 1. 2.2 Výpočet vozidlového odporu soupravy vozidel

Vozidlový odpor vozidel soupravy vozidel patří do skupiny odporů jízdních a lze jej charakterizovat jako sílu, působící proti směru jízdy vlaku závisejících na okamţité rychlosti jízdy. Celková hodnota vozidlového odporu je dána součtem hodnot vozidlových odporů jednotlivých vozidel soupravy vozidel – viz (2.7). Při posuzování pohybu soupravy vozidel je moţno vozidlový odpor popsat třemi oblastmi fyzikálních principů: valivý odpor – charakterizuje odporové síly při odvalování kola po kolejnici – vliv deformace povrchů v místě dotyku. ložiskový odpor – charakterizovaný sílami v loţiskách při rotaci dvojkolí. aerodynamický odpor - charakterizovaný

sílami působení okolního prostředí na

pohybující se vozidlo. Vozidlový odpor vozidla soupravy se stanovuje z následující rovnice, zahrnující vliv valivého odporu, loţiskového odporu a aerodynamického odporu.



OVi  GVi  A  B  V  C  V 2



[N]

(2.18)

Pro výpočet vozidlových odporů jednotlivých vozidel soupravy vozidel je důleţité určit jednotlivých konstant A, B, C. V následující tabulce Tab. 2.1 jsou uvedeny základní pouţívané typy zátěţe a konstanty jízdních odporů [Široký, 2004]. Tab. 2.1: Základní typy vozidlového odporu Typ

Charakteristika typu jízdního odporu

R

Konstanty jízdního odporu A

B

C

Čtyřnápravové osobní vozy typu X aY

1,35

0,008

0,00033

M2

Dvounápravové osobní vozy lehké stavby

1,5

0

0,00869

M4

Čtyřnápravové osobní vozy lehké stavby

1,8

0,01

0,00048

S

Smíšená souprava vozů

1,9

0

0,00047

U2

Dvounápravové nákladní vozy prázdné

2

0

0,0015

U4

Čtyřnápravové nákladní vozy prázdné

2

0

0,0008

T2

Dvounápravové nákladní vozy loţené

1,7

0,003

0,00018

30


T4

Čtyřnápravové nákladní vozy loţené

1,3

0

0,00033

Uvedené konstanty je moţno získat i z jiných zdrojů, např. z [ČSD V7, 1984] a další literatury. Zadání parametrů jízdního odporu vozidla se provádí pře začátkem simulační úlohy v editačním menu. U konkrétního vozidla je moţno provést výběr typu jízdního odporu, pro který jsou přednastaveny konstanty jízdního odporu dle tabulky Tab. 2.1. Další moţností je ruční editace konstant, která umoţňuje simulovat různé provozní stavy jízdy vlaku ovlivňující jízdní odpory, jako například provoz v zimě se zvýšeným loţiskovým odporem.

2.3 Výpočet traťového odporu soupravy vozidel

Traťový odpor patří do skupiny aktivních odporů proti pohybu a lze ho charakterizovat jako sílu rovnoběţnou s podélnou osou vozidel, působící na soupravu vozidel se závislostí na tíze vozidel a okamţité hodnotě sklonu trati, na kterém se vozidlo nachází. Celková hodnota traťového odporu soupravy vozidel je dána součtem hodnot traťových odporů jednotlivých vozidel (2.8). Velikost hodnoty traťového odporu ovlivňují: vliv sklonu - OSKL vliv oblouku - OOBL vliv tunelu - OTUN Výsledná hodnota traťového odporu vozidla je dána součtem jednotlivých odporů:

OTi  OSKLi  OOBLi  OTUNi

[N]

(2.19)

Vliv sklonu traťového úseku Sklon traťového úseku je výsledkem stavebně – technického řešení traťového úseku při jeho trasování krajinou. Kaţdý traťový úsek je definován velikostí sklonu a kilometrickou polohou krajních lomů nivelety. Velikost sklonu traťového úseku sj je zadáván v promilích. Hodnota odporu ze sklonu OSKLj [N] se pro jednotlivé vozidlo vlakové soupravy vypočte pomocí následujících vzorců:

31


OSKLi  Gv  oSKj

oSKj 

sj 1000

[N]

(2.20)

[-]

(2.21)

Vliv oblouku v traťovém úseku Oblouk v traťovém úseku je výsledkem stavebně – technického řešení traťového úseku při jeho trasování krajinou. V rámci stanovení traťového odporu jednotlivých kolejových vozidel pojíţdějící traťový úsek se zabýváme zjišťováním vlivu oblouku na traťový odpor za předpokladu konstantní hodnoty poloměru zakřivení oblouku. Oblouk je definován velikostí poloměru zakřivení ROBL a kilometrickou polohou počátku a konce započítávaného oblouku. Hodnota odporu z oblouku se pro jednotlivé vozidlo vlakové soupravy vypočte pomocí následujících vztahů (např: [Antonický, 1984]):

OOBLi  GVi  oOBLj [N]

oOBLj 

oOBLj 

650 R j  55  1000





500 R j  301000

(2.22)

Rj ≥ 300 m

[-]

(2.23)

Rj < 300 m

[-]

(2.24)

Vliv tunelu Vliv tunelu na jízdu vlakové soupravy představují ztráty, způsobené omezeným prouděním vzduchu kolem vozidla v tunelové rouře a pístovým efektem vytlačování vzduchu čelem vlaku a nasávání vzduchu koncem vlaku v tubusu tunelu. Proto se při průjezdu soupravy vozidel tunelem započtení vlivu tunelu do traťového odporu, čímţ se kompenzují zmíněné ztráty. Velikost traťového odporu z tunelu se stanoví dle následujících vztahů:

OTUNi  Gvi  oTUNj

[N]

(2.25)

Přídavný odpor tunelu pro ţelezniční trať má empirické hodnoty (např: [Antonický, 1984]: 32

Lokomotivní simulátor – část 1. jednokolejný tunel - oTUNj  0,002 dvoukolejný tunel - oTUNj  0,001

Určení polohy vozidel vlakové soupravy na traťového úseku Celková hodnota traťového odporu vlakové soupravy je dána součtem traťových odporů jednotlivých vozidel soupravy vozidel. Proto musí být poloha jednotlivých vozidel soupravy v traťovém úseku sledována. V případě pohybu vozidla v daném sklonovém úseku trati, oblouku nebo tunelu je pak pro toto vozidlo stanovena okamţité velikost traťového odporu. Při simulaci se provádí výpočet traťových odporů soupravy v kaţdém kroku výpočtu rovnice pohybu vlaku. Pro určení polohy vlakové soupravy v traťovém úseku je vytvořen vztaţný bod vlakové soupravy, kterým je čelo soupravy nebo prvního hnacího vozidla ve směru jízdy. Poloha tohoto bodu od počátku traťového úseku je dána hodnotou okamţité ujeté dráhy soupravy vozidel, stanovené výpočtem z rovnice pohybu vlaku. Od tohoto bodu se pak stanovuje poloha jednotlivých vozidel soupravy vlaku podle následujícího výpočtu.

n

LPi  L   LPNi 1

i = 2, 3, 4….n [N]

(2.26)

i 2

LP1  L

- pro první vozidlo vlakové soupravy (hnací vozidlo)

LP 2  L  LPN 1

- pro druhé vozidlo vlakové soupravy

LP3  L  LPN 1  LPN 2 

- pro třetí vozidlo vlakové soupravy

Vypočtené hodnoty polohy jednotlivých vozidel vlakové soupravy v traťovém úseku jsou porovnávány s polohou sklonových úseku, oblouků nebo tunelů. V případě výskytu vozidla v délkovém intervalu polohy stavebního prvku na trati je stanovena hodnota traťového odporu pro jednotlivé vozidlo a proveden součet traťových odporů všech vozidel vlaku. Tato hodnota je pak předávána k výpočtu vlakové rovnice do hlavní části programu.

33

Lokomotivní simulátor – část 1. 2.4 Výpočet odporu ze zrychlení soupravy vozidel Odpor ze zrychlení vlakové soupravy patří do skupiny aktivních odporů proti pohybu a lze ho charakterizovat jako sílu, působící proti okamţité změně rychlosti jízdy vlakové soupravy. Celková hodnota odporu je dána součtem hodnot odporů ze zrychlení jednotlivých vozidel soupravy vozidel. n OZR   OZRi i 1

i = 1, 2, 3….n

[N]

(2.27)

Odpor ze zrychlení vlaku je moţno popsat u tří základních skupin pohybujících se celků kolejových vozidel. části konající přímočarý posuvný pohyb – skříně vozidel, podvozkové rámy, vypruţení, přepravovaný náklad a osoby, tzn. vozidlo jako tuchý celek – hmotný bod. částí konající rotační pohyb přímo odvozený od posuvné rychlosti vozidla– dvojkolí. části konající rotační pohyb vázaný převodem s dvojkolími – rotory trakčních motorů, části převodovek, spojovací kloubové hřídele a další Působením jednotlivých sloţek odporu ze zrychlení získáme následující rovnici:

OZRi  OZRPOSi  OZRROTi  OZRRTPi

[N]

(2.28)

Odpor ze zrychlení posuvných částí vozidla

OZRPOSi 

GVi a g

[N]

(2.29)

Odpor ze zrychlení rotujících částí vozidla

OZRROTi  nDVi 

I DVi a rKi2

[N]

(2.30)

Odpor ze zrychlení rotujících částí vozidla vázaných převodem

34


OZRRTPi  nRPi 

I RPi  a  pi2 2 rKi

[N]

(2.31)

Abychom zjednodušili výpočet odporu ze zrychlení vozidla v soupravě, a především z důvodu sníţení počtu početních operací při samotném běhu simulačního programu jsou provedeny následující úpravy rovnici (2.27):

OZRi 

GVi I I  a  nDVi  DVi  a  nRPi  RPi  a  pi2 2 2 g rKi rKi

OZRi 

 GVi g   a  1  n DVi  I DVi  n RPi  pi2  2  g rKi  GVi  

OZRi 

GVi  a  1   i  g





[N]



(2.32)

[N]

[N]

r

 i  n DVi  I DVi  n RPi  pi2 

2 Ki

(2.33)

(2.34)

g  GVi

[N]

(2.35)

Součinitel rotujících hmot vozidla vlakové soupravy ρi (2.34) charakterizuje vliv rotujících částí vozidla a rotačních částí vozidla vázaných převodem na odpor ze zrychlení tohoto vozidla.

2.5 Výpočet adhezních poměrů při simulaci Výpočet bude vyuţit při stanovení omezení taţné – brzdné síly na obvodu kol na mezi adheze Fai pro vozidlo jako limitní síly, kterou je moţno přenést z vozidla na kolejnice a trať. Výpočet bude taktéţ vyuţit při výpočtu maximální brzdné síly jednotlivých vozidel vlakové soupravy při brzdění na mezi adheze. Pro popis neţádoucích stavů prokluzu hnacích dvojkolí na smyku dvojkolí při brzdění budou stanoveny okrajové podmínky. Základní vztah pro výpočet síly na mezi adheze

35


Fai  GVi   AV  Ai

[N]

(2.36)

 AV   A  nP  nT  nK

[-]

(2.37)

Výpočet součinitele adheze Abychom zjistili hodnotu součinitele adheze µA v závislosti na rychlosti jízdy vlaku pouţíváme výpočtové vzorce podle Curtiuse – Knifflera nebo Kothera. Součinitel adheze podle Curtiuse – Knifflera:  7500   161  10 3  V  44 

A  

[-]

(2.38)

Součinitel adheze podle Kothera:

 9000   116   10 3 [-]  V  42 

A  

(2.39)

Koeficient vlivu počasí Počasí má vliv na kvalitu přenosu sil mezi kolem a kolejnicí, protoţe ovlivňuje kontaktní podmínky při jízdě vlaku. S ohledem na nemoţnost praktického měření tohoto vlivu na velikost součinitele adheze zavádíme do výpočtu hodnotu koeficientu np. Stanovené základní hodnoty koeficientu jsou následující: np = 1,0

- suché kolejnice, ideální adhezní podmínky

np = 0,8

- vlhké kolejnice, zhoršené adhezní podmínky

np = 0,6

- mokré kolejnice, špatné adhezní podmínky

Koeficient vlivu traťového úseku Součinitel adheze je ovlivněn dalšími vlivy, které jsou závislé na poloze traťového úseku na trati, jako jsou například traťové úseky v lese, na přejezdech silničních komunikací a podobně. Proto do výpočtu zavádíme hodnotu koeficientu nT. Stanovené základní hodnoty koeficientu jsou následující: nT = 1,0

- běţný traťový úsek, ideální adhezní podmínky 36


nT = 0,9

- traťový úsek v lese, zhoršené adhezní podmínky

nT = 0,8

- traťový úsek na přejezdu, špatné adhezní podmínky

Koeficient vlivu kvality traťového svršku Kvalitu je moţno popsat počtem závad svršku na jednotkové délce traťového úseku. Jednotlivé závady představují šroubované styky kolejnic, izolované styky kolejnic, srdcovky výhybek a další místní poškození jízdní plochy kolejnice. Hodnota koeficientu vlivu kvality traťového svršku nK nabývá následujících hodnot: nK = 1,0

- pro Lp > LK

nK = 0,8

- pro Lp ≤ LK

2.6 Matematický model činnosti samočinné vlakové brzdy V simulačním programu je simulována činnost samočinné tlakové třecí brzdy ţelezničních vozidel zařazených do soupravy vozidel. Simulační model zahrnuje vliv konstrukce třecí brzdy špalíkové nebo kotoučové. Matematický způsob vyjádření činnosti brzdy je stejný v obou případech, rozdíl je pouze v zadání převodu brzdy a součinitele tření třecí dvojice. Simulace zahrnuje oba základní reţimy brzdění vlaků, 1. a 2. způsob brzdění. Výpočet brzdné síly vozidla soupravy vozidel 2     dVi    10 5 BVi  f  i Bi  pVi  nVi    4  i  

[N]

(2.40)

Výpočet součinitele třecí brzdy Součinitel tření brzdy fi je parametrem s funkční závislostí na rychlosti jízdy vlaku. Z hlediska průběhu změny tlaku vzduchu v brzdovém válci rozlišujeme dva druhy brzdění. 1. způsob brzdění – rychle účinkující brzdy Na Obr. 2.2 vidíme průběh tlaku vzduchu v průběţném potrubí brzdy a v brzdovém válci při brzdění a odbrzďování vozidla v reţimu 1. stupně brzdění.

37


p (bar) 6,0

pp

5,0

2,0 1,0

0,4 bar

3,0

0,95 pVmax

4,0

pV

0 3 - 5s

t (s)

15 - 20s

Obr. 2.2: Průběh tlaku vzduchu v brzdovém válci při 1. způsobu brzdění. Brzda je charakteristická rychlým nárůstem tlaku vzduchu v brzdovém válci pVi, který v čase 3 – 5 sekund dosahuje poţadované hodnoty. Pokles tlaku v brzdovém válci při odbrzdění je dán časem 15 – 20 sekund. 2. způsob brzdění – pomalu účinkující brzdy Brzda má pomalý nárůst tlaku pVi, který v čase 18 – 30 sekund dosahuje poţadované hodnoty. Při aktivaci brzdy je realizován náskok brzdy, který představuje skokové zvýšení tlaku vzduchu v brzdovém válci na hodnotu pVi = 0,25 bar. Pokles tlaku vzduchu v brzdovém válci při úplném odbrzdění je dán časovým intervalem 45 – 60 sekund. Na Obr. 2.3 vidíme průběh tlaku vzduchu v průběţném potrubí brzdy a v brzdovém válci při brzdění a odbrzďování vozidla v reţimu 2. způsobu brzdění.

38


p (bar) 6,0

pp

5,0 4,0

pV

2,0 0

0,25 bar

1,0 18 - 30s

0,4 bar

0,95 pVmax

3,0

45 - 60s

t (s)

Obr. 2.3: Průběh tlaku vzduchu v brzdovém válci při 2. způsobu brzdění. Pro potřeby simulace činnosti brzdy jsou průběhy změny tlaku pVi linearizovány se zahrnutím vlivu různé rychlosti reakce rozvaděčů vozidel jako náhodné veličiny. V praktickém provozu dochází při reakci rozvaděče vozidla na změny řídící veličiny k jistým odchylkám od stanovené funkce, které jsou dány opotřebením, vlivem počasí, teploty a nastavením jeho parametrů při opravě nebo údrţbě. Tento jev je zohledněn ve výše uvedeném rozpětí časů nárůstu a poklesu tlaku v brzdovém válci. V simulačním modelu brzdy je toto zahrnuto do výpočtu brzdění formou náhodné veličiny pro kaţdé vozidlo vlakové soupravy. Na obrázku Obr. 2.4 je ukázka linearizovaného průběhu činnosti samočinné vlakové brzdy – 1. způsob brzdění.

39


Obr. 2.4: Linearizovaný model činnosti samočinné vlakové brzdy – 1. způsob brzdění.

Legenda k Obr. 2.4: průběh brzdění s minimální dobou nárůstu (tN1) a poklesu tlaku (tP1) pro pP = 3,5 bar průběh brzdění s maximální dobou nárůstu (tN2) a poklesu tlaku (tP2) pro pP = 3,5 bar průběh tlaku pP v průběţném potrubí samočinné vlakové brzdy pP

- tlak v průběţném potrubí brzdy

[bar]

pVi

- tlak vzduchu v brzdovém válci vozu i-tého vozidla

[bar]

pVmaxi - maximální tlak vzduchu v brzdovém válci i-tého vozidla

[bar]

t

- čas

[s]

tB1

- maximální doba brzdění konstantním tlakem i-tého vozidla

[s]

tB2

- minimální doba brzdění konstantním tlakem i-tého vozidla

[s]

tN1

- minimální čas nárůstu tlaku v brzdovém válci i-tého vozidla

[s]

tN2

- maximální čas nárůstu tlaku v brzdovém válci i-tého vozidla

[s]

tP1

- minimální čas poklesu tlaku v brzdovém válci i-tého vozidla

[s]

tP2

- maximální čas poklesu tlaku v brzdovém válci i-tého vozidla

[s]

tZi

- čas zpoţdění reakce brzdy i-tého vozidla

[s]

Výpočet zpoždění reakce brzdy

40

Lokomotivní simulátor – část 1. Zpoţdění reakce brzdy tZi se projeví opoţděným nárůstem tlaku v brzdovém válci po sníţení tlaku vzduchu v brzdovém potrubí samočinné vlakové brzdy pp pod hodnotu 4,7 baru. Tato hodnota představuje spodní hranici pásma necitlivosti brzdy. V případě činnosti brzdy v reţimu 2. stupně brzdění se po uplynutí doby zpoţdění reakce brzdy tZi aktivuje náskok brzdy. Zpoţdění reakce brzdy se projeví také při odbrzďování brzdy, kdy se po začátku růstu tlaku v průběţném potrubí brzdy opozdí reakce rozvaděče o hodnotu tZi. Doba zpoţdění reakce brzdy je v rámci model simulace závislá na poloze vozidla ve vlaku s ohledem na průraznou rychlost proudění vzduchu v průběţném potrubí – pro výpočet je průrazná rychlost stanovena na 280 m·s-1. Poloha vozidla ve vlaku (vzdálenost od čela vlaku) je určována výpočtem před zahájením simulační úlohy. Zpoţdění reakce brzdy tZi stanovujeme výpočtem:

t Zi 

LPBi v PRU

[s]

(2.41)

LPBi  LPBi1  LPNi1

[m]

(2.42)

Výpočet tlaku vzduchu v brzdovém válci Tlak vzduchu v brzdovém válci pVi je řízen činností rozvaděče. V rámci poţadovaného brzdícího stupně, realizovaného odpovídajícím sníţením tlaku v průběţném potrubí, je potřeba určit nejvyšší dosaţenou hodnotu tlaku vzduchu v brzdovém válci:

pVXi 

4,7  p p i Ri

[bar]

(2.43)

Rovnice platí pouze pro pVXi > 0.

i Ri 

p pr pV max i

[-]

(2.44)

Tlak v průběţném potrubí pp se pohybuje v rozmezí 4,7 – 3,5 baru, je to tzv. regulační rozsah. Tlak v brzdovém válci pVi je v hodnotách 0 - pVmax. Hodnota maximálního tlaku vzduchu v brzdovém válci je stanovena pro samočinné vlakové brzdy schválené brzdovou komisí UIC na hodnotu 3,8 baru. 41

Předmluva. Lokomotivní simulátor část 1

Recommend Documents