VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MACHINE AND INDUSTRIAL DESIGN

KONSTRUKCE PÍSKOVACÍCH ZAŘÍZENÍ PRO DRÁŽNÍ VOZIDLA DESIGN OF RAIL VEHICLE SANDING SYSTEM

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR´S THESIS

AUTOR PRÁCE

HANA BALOUNOVÁ

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2011

PROF. ING. MARTIN HARTL, PH.D.

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav konstruování Akademický rok: 2010/2011

ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Hana Balounová který/která studuje v bakalářském studijním programu obor: Strojní inženýrství (2301R016) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce: Konstrukce pískovacích zařízení pro drážní vozidla v anglickém jazyce: Design of rail vehicle sanding systems Stručná charakteristika problematiky úkolu: Cílem bakalářské práce je podat přehled současných konstrukčních řešení pískovacích zařízení užívaných u drážních vozidel, zaměřený zejména na jejich budoucí vývoj. Cíle bakalářské práce: Bakalářská práce musí obsahovat: 1.Úvod 2.Definici základních pojmů 3.Přehled a rozbor existující literatury v dané oblasti 4.Analýzu a zhodnocení získaných poznatků 5.Vymezení trendů budoucího vývoje 6.Souhrnnou bibliografii 7.Závěr Forma bakalářské práce: průvodní zpráva Typ práce: rešeršní Účel práce:pro V-V a tvůrčí činnost ÚK.

Seznam odborné literatury: VASIC, G; FRANKLIN, F.J.; KAPOOR, A. New Rail Materials and Coatings : Report RRUK/A2/1. Sheffield : University of Sheffield, 2003. 47 s.

Vedoucí bakalářské práce: prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2010/2011. V Brně, dne 26.11.2010 L.S.

_______________________________ prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D. Ředitel ústavu

_______________________________ prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty

ABSTRAKT Bakalářská práce se zabývá vytvořením přehledu pískovacích zařízení, které jsou dostupné na trhu z hlediska jejich konstrukce. Pískovací zařízení se používají v kolejové dopravě pro zvýšení adheze při brzdění nebo rozjezdu ve špatném počasí. Práce obsahuje závěry testování vlivu konstrukce na kvalitu pískování, přehled společností, vyrábějící pískovače a jejich produkty, a vymezení trendů budoucího vývoje.

KLÍČOVÁ SLOVA Písek, pískovací systém, pískovací zařízení, pískování, pískovač, kolejové vozidlo, řídící vůz, lokomotiva, tramvaj.

ABSTRACT The bachelor thesis deals with creating an overview of sanding systems, which are available on the marketplace in terms of their construction. Sanding devices are used in rail transport to incerase the adhesion during braking and moving off in bad weather condition. The thesis inculdes findings of testing influences of construction on the quality of sanding, list of companies producing sanders and their products and defining the future development trends.

KEY WORDS Sand, sanding system, sanding device, sanding, sander, rail vehicles, multiple unit, locomotive, tram.

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE MÉ PRÁCE BALOUNOVÁ, H. Konstrukce pískovacích zařízení pro drážní vozidla. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2011. 32 s. Vedoucí bakalářské práce prof. Ing. Martin Hartl, Ph.D..

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci Konstrukce pískovacích zařízení pro drážní vozidla vypracovala samostatně, pod vedením vedoucího bakalářské práce prof. Ing. Martinem Hartlem, Ph.D. a uvedla jsem v seznamu všechny použité literární zdroje. V Brně dne 26. 5. 2011

____________________________ Vlastnoruční podpis autora

OBSAH

OBSAH OBSAH 1 ÚVOD 2 DEFINICE ZÁKLADNÍCH POJMŮ 2.1 Typy drážních vozidel 2.2 Pískování 2.3 Ostatní důležité pojmy 3 PŘEHLED A ROZBOR EXISTUJÍCÍ LITERATURY V DANÉ OBLASTI 3.1 Základní konstrukce pískovacích zařízení a princip pískování 3.1.1 Konstrukce 3.1.2 Princip pískování 3.2 Výrobci a konstrukce pískovacích zařízení 3.2.1 TriboTec 3.2.2 DeltaRail 3.2.3 Knorr-Bremse 3.3 Závady na stávajícím pískovacím zařízení v železničním provozu 3.3.1 Vliv délky vypouštěcí hadice 3.3.2 Množství sypaného písku dle pokynů údržby 3.3.3 Vliv prověšení a zahnutí přívodní hadice 3.4.4 Vliv stavu výsypné hadice na výkon 3.3.5 Odvzdušňovací ventil pískovacího zařízení 3.3.6 Úhel hadice nebo trysky 3.3.7 Škrticí clona 3.3.8 Způsob použití písku na železnici 3.3.9 Vlhkost v pískovacích systémech 4 ANALÝZA A ZHODNOCENÍ ZÍSKANÝCH POZNATKŮ 5 VYMEZENÍ TRENDŮ BUDOUCÍHO VÝVOJE 5.1 Společnost IBEG 5.2 Pískovací zařízení od Knorr-Bremse 6 SEZNAM OBRÁZKŮ 7 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ 8 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ

9 10 11 11 12 12 14 14 14 15 16 16 17 19 22 22 23 23 23 24 24 25 25 25 27 28 28 28 29 30 31

strana

9

ÚVOD

1 ÚVOD Pískovací zařízení tvoří dnes již nedílnou součást většiny kolejových vozidel. Najdeme jej jak na lokomotivách, tak i na tramvajích. Oproti tomu na soupravách metra se pískovače nevyskytují, neboť metro jezdí pod zemí, kde vládnou stálé klimatické podmínky. Koleje tak nejsou vystaveny náhlým změnám počasí ani jiným nepříznivým vlivům. Naopak použití písku v tomto prostředí by zvyšovalo prašnost a zhoršovalo tak podmínky pro cestování. První pískovací zařízení pracovaly bez ohledu na spotřebu písku a jeho směrování mezi kolo a kolejnici. Mechanický naklápěcí mechanismus mezi zásobníkem písku a hadicí byl otvírán ručně a písek padal samospádem, v ideálním případě přímo před kolo. Od té doby uplynulo již téměř sto let. Dnes nové pískovací zařízení splňují nejpřísnější požadavky na ekologičnost a optimalizaci pískování. Uplatňuje se zde tzv. traction management, který udává dle situace a rychlosti množství písku, které by se mělo použít. Adheze v místě kontaktu kolo – kolejnice je jeden z nejdůležitějších parametrů pro brzdění a rozjezd kolejových vozidel. Již od počátků kolejové dopravy bylo sypání písku před kola lokomotivy běžný způsob, jak zvýšit tření mezi kolem a kolejnicí (obr. 1-1). To však sebou přináší i jisté nevýhody. Jednou z nich je například fakt, že za určitých podmínek může dojít k nalepení směsi vody a písku na kolo, což způsobí izolaci od kolejnice. Dále se při neuváženém pískování nadměrně opotřebovávají kolejnice i kola. Ve snaze tyto a další rizika eliminovat a optimalizovat proces pískování probíhají různé výzkumy zabývající se danou problematikou. V této bakalářské práci jsou uvedeny závěry z výzkumu vlivu konstrukce na kvalitu pískování, nástin základních konstrukcí a přehled výrobců zabývajících vývojem a výrobou pískovacích zařízení.

Obr. 1-1 Detail procesu pískování [1].

strana

10

DEFINICE ZÁKLADNÍCH POJMŮ

2 DEFINICE ZÁKLADNÍCH POJMŮ

2

2.1 Typy drážních vozidel

2.1

Hnací drážní vozidlo (též trakční vozidlo) Železniční kolejové vozidlo, které je schopné vyvíjet tažnou sílu. Tažnou silou se uvádí do pohybu jak toto vozidlo, tak případně připojená tažená vozidla.[2] Hnací vozidla se dělí na motorové vozy a lokomotivy Motorový vůz Hnací vozidlo se spalovacím motorem a prostorem pro cestující. Někdy se jako motorový vůz označují i hnací vozy elektrických jednotek. [3] Lokomotiva Tažné kolejové vozidlo, ve kterém se energie dodaná prostřednictvím paliva, stlačeného plynu nebo elektrického proudu mění v mechanickou energii, přenášenou na kola lokomotivy. [3] Řídicí vůz Kolejové vozidlo vybavené stanovištěm strojvedoucího a zařízením pro dálkové ovládání lokomotivy. Řídicí vůz nemá motory, slouží jen k řízení lokomotivy, která je na druhé straně soupravy vlaku. Řídicí vozy jsou k vidění na nových jednotkách CityElefant nebo některých motorových jednotkách (hlavně Regionova, obr. 2-1). Používají se jen na vlacích osobní přepravy. [4]

Obr. 2-1 Řídicí vůz řady 814-914, ČD.

Obr. 2-2 Řídicí vůz pro soupravy InterCity německého dopravce [3].

Tramvajové vozidlo Kolejové vozidlo, provozované na samostatných kolejových tělesech sítí městských drah. Slouží pouze pro přepravu cestujících. Lze je rozdělit na samostatné motorové vozy s řídicím stanovištěm, hnacím agregátem a prostorem pro cestující a přípojné (vlečné) vozy motorové i nemotorové. [5]

strana

11


2.2 Pískování Pískování Pískování je sypání písku na hlavy kolejnic za účelem zvýšení adheze. Pískování lze v případě potřeby používat při rozjezdu i při brzdění. Užívá se v případech, kdy kolej je kluzká, tedy zejména je-li vlhká (orosení, znečištění biologickými materiály, například listím nebo drobnými živočichy), zatímco námraza nebo mokrá kolej adhezní podmínky zhoršují méně. V tramvajovém provozu kluzkost kolejí zvyšuje zejména solení vozovek, protože sůl je hygroskopická. [6] Písek Médium, které slouží ke zvýšení adheze mezi kolem a kolejnicí. V Evropě se používá suchý křemičitý písek těchto parametrů [7]: • Rozsah zrnitosti 0,3 – 1,6 mm. • Obsah SiO2 větší než 95 %. • Vlhkost do 8 %. • Doporučená zrnitost 1,2 – 1,6 mm. Pískovací zařízení Zařízení bývá umístěno na vozech jedoucích v čele soupravy (obr. 2-3), slouží k sypání písku pod kola jedoucího vozidla. Skládá se ze zásobníku písku, dávkovače písku, přívodního potrubí a trysky. Ze zásobníku písku je písek dávkovačem přiváděn potrubím do trysky umístěné před koly trakčního vozidla. Písek rozdrcený koly pak zčásti přilne ke kolejnici. [6]

Obr. 2-3 Pískovací zařízení na vozech řady 80-29 ČD.

2.3 Ostatní důležité pojmy Adheze Způsobilost přenášet hnacími koly tažné nebo brzdné síly ve styčné plošce kola s hlavou kolejnice; je způsobena adhezním třením při valení kola. Překročí-li tažná síla na obvodu hnacího kola adhezi, mění se adhezní tření na tření smykové. V obecném smyslu „přilnavost“. [8]

strana

12


Prokluz kola Protáčení kola, k němuž dojde, když se při dané mezi adheze překročí maximální výkon, který je lokomotiva schopna přeměnit na tažnou sílu. K určení velikosti prokluzu se používá referenční zdroj, který může být buď skutečný (nehnaná náprava, Dopplerův radar (obr. 2-4), GPS), nebo matematický model. Regulace je prováděna porovnáváním skutečné rychlosti lokomotivy a rychlosti na obvodu kol. Rychlost na obvodu kol je následně regulována tak, aby nedocházelo k prokluzu. [9]

Obr. 2-4 Dopplerův radar na železničním voze [9].

strana

13

PŘEHLED A ROZBOR EXISTUJÍCÍ LITERATURY V DANÉ OBLASTI

3 PŘEHLED A ROZBOR EXISTUJÍCÍ LITERATURY V DANÉ OBLASTI 3.1 Základní konstrukce pískovacích zařízení a princip pískování 3.1.1 Konstrukce Pískovací zařízení se skládá ze zásobníku písku, dávkovače písku, přívodní hadice, trysky a příp. dalších částí (obr. 3-1).

Obr. 3-1 Popis základních částí pískovacího zařízení [6].

Zásobníky písku Jedná se o plechové nádoby opatřené otvorem pro doplňování písku (obr. 3-2). Zásobník je umístěn na vozidle tak, aby nepřesahoval obrys vozidla a aby byl možný snadný přístup k plnícímu otvoru. Otvor je uzavřen dvířky nebo oválným uzávěrem. [6]

Obr. 3-2 Zásobník písku na motorovém voze řady 80-29.

Dávkovací zařízení – pískovací koleno V horní části dávkovacího zařízení je písek přiváděn samospádem ze zásobníku, za dvojitým kolenem je napojení na hadici, která vede k trysce pro pískovaní. Pro případ ucpání je koleno vybaveno kontrolním otvorem. K ucpání může dojít, je-li

strana

14


písek nekvalitně vysušen před plněním do zásobníku (obr. 3-3). [6] Popis jednotlivých částí pískovacího kolena je na obr. 3-4. [10]

Obr. 3-3 Nádoba s pískovacím kolenem.

Obr. 3-4 Popis jednotlivých částí pískovacího kolena [10]. 1 – trubka 2 – nátrubek 3 – těleso pískovacího kolena 4 – víčko pískovacího kolena 5 – pružina s páčkou 6 – tryska

3.1.2 Princip pískování Sypání ovládá řidič nebo strojvedoucí drážního vozidla podle potřeby pomocí mechanického nebo elektromechanického ovládání táhla klapky sypače, u moderních vozidel může být ovládáno i automaticky. Písek padá ze zásobníku 1 do pískovacího kolena, kde se nachází ventil. Uvnitř ventilu je clona 2, ve které jsou dvě malé dírky. Písek se promíchá s proudem vzduchu 3 a je pak strháván stlačeným vzduchem 4 do hadice 5 (obr. 3-5). Hadicí je přes trysku dopraven na rozhraní kolo – kolejnice.

3.1.2

Obr. 3-5 Princip pískovacího zařízení [11]. 1 – zásobník písku 2 – clona 3 – proud vzduchu pro písek 4 – proud stlačeného vzduchu 5 – hadice

strana

15


3.2 Výrobci a konstrukce pískovacích zařízení 3.2.1 TriboTec Firma TRIBOTEC je českým výrobním podnikem, působícím v oblasti dodávek centrálního mazání, centrálních mazacích systémů, mazací techniky a hydrauliky. [12] Pískovací zařízení pro drážní vozidla typ KOVA-03D V dokumentu [6] se uvádí, že tento systém je moderní a ekologicky šetrný. Svým pneumatickým způsobem řešení zajišťuje vysokou spolehlivost a vylučuje jak jednorázový, tak i kontinuální výsyp písku u všech aktivovaných i neaktivovaných pískovacích zařízení nad stanovenou normu. Vlastnosti • Nezamrzání písku v zásobnících (v zimním období). • Vysoká provozní spolehlivost zařízení v nepříznivých nebo extrémních klimatických podmínkách. • Krátký reakční čas. • Úspora provozních nákladů. Konstrukce Pískovací zařízení se skládá ze zásobníků písku (jsou určeny typem kolejového vozidla) (obr. 3-6), dávkovacího zařízení připojeného ke každému zásobníku písku, dále ze soustavy výsypných hadic a ocelových trubek s vytápěnou koncovou tryskou (obr 3-7). Zásobníky písku jsou po celou dobu aktivovaného vozidla vytápěny topným tělesem, umístěným uvnitř zásobníku a písek je přerušovaně (v čase, kdy zařízení nepískuje) profukován teplým vzduchem ohřátým od topného tělesa. Přes vyhřívanou výsypnou trubici je písek vyfukován tangenciálně mezi kolo a kolejnici. Systém využívá zdroje tlakového vzduchu zabudované do vozidla. Na zásobník tlakového vzduchu určeného pro pískování je napojen filtr s odlučovačem vody a následně elektromagnetický ventil, kterým je pískování ovládáno. [6]

Obr. 3-6 Pískovací zařízení typu KOVA-03D.

strana

16

Obr. 3-7 Vytápěná tryska [6].


3.2.2 DeltaRail DeltaRail Group Limited je britská společnost, která se zabývá vývojem softwaru, technologií a službami pro železnice. Vznikla v roce 2006 ze společnosti AEA Technology plc. Hlavní sídlo má v britském Derby. [13]

3.2.2

SmartSander SmartSander je automatizovaný vylepšený pískovací systém pro vlaky, obr. 3-8, vyvinutý společností DeltaRail pro zlepšení koeficientu adheze. V provozu SmartSander používá kombinaci požadavků řidiče na brzdění, rychlost vlaku a činnost kola k dodání proměnného množství písku na hlavu kolejnice, vhodné k účinnému zastavení vlaku a ochraně kolejových obvodů od izolačních vlastností písku. [14]

Obr. 3-8 Inovativní část SmartSander [14].

Vlastnosti Uvedené skutečnosti jsou přeloženy ze zprávy [15] Zlepšení bezpečnosti • Lepší zastavení při nízkých adhezních podmínkách. • Spolehlivé zastavení (písek je dostupný pro všechny brzdné nároky). • Snížení spotřeby vzduchu během zastavení vlaku. Zlepšení provozních nákladů • Snížení opotřebení kol způsobených prokluzem. • Snížení zpoždění vlaku. • Snížení spotřeby písku (SmartSander používá písek včas a optimálně snižuje celkové použití písku). • Delší životnost komponent (kola, ložiska, zavěšení). Konstrukce Systém pískovacího zařízení Tímto druhem pískovacího zařízení se osazují již existující lokomotivy nebo se u stávajících pískovacích zařízení mění pouze funkční část. Vzhledem k různým montážním úpravám byl adaptér konzole navržen tak, aby pískovací ventil SmartSanderu pasoval na stávající zásobník (obr. 3-9). Hadice pískovače pak bude připojena k těmto ventilům a povede až těsně před přední nápravu vozu.

strana

17


Obr. 3-9 Pískovací ventil s adaptérem a hubice k hadici [14].

Funkční specifikace Pískovací zařízení bylo navrženo tak, aby pracovalo nepřetržitě, kdykoli je detekován prokluz systémem ochrany proti prokluzu. Tento systém je připojen k centrální kontrolní jednotce SmartSanderu. Když je prokluz zaregistrován, rozsvítí se kontrolka prokluzování kol na kontrolním panelu SmartSanderu v kabině řidiče. Pískování se následně ukončí 1,5 sekundy po zhasnutí kontrolky. Množství písku je různé s ohledem na brzdění a rychlost vlaku. Nabízí tak významné výhody ve srovnání se standardním stálým množstvím, které jen sype písek při brzdění ve vyšší rychlosti. Přívod vzduchu Dostačující tlak pro přívod vzduchu do SmartSanderu je 7 barů (0,7 MPa). Konstrukce pískovače minimalizuje jeho požadavky na pohon a jako taková minimalizuje spotřebu vzduchu. Pískovací ventil Vzhledem k různým provedením hadic u stávajících pískovacích zařízení byly navrženy dva druhy ventilů pro pískování (obr. 3-10).

Obr. 3-10 Dva typy pískovacích ventilů [14].

Po zkušebním provozu se prokázalo, že inteligentní systémy pískování skutečně mohou operativně zvýšit nízkou adhezi a doplněním kontrolky pro ochranu proti prokluzu, co nejlépe využít možnosti pískování.

strana

18


3.2.3 Knorr-Bremse Společnost Knorr-Bremse [16] s hlavním sídlem v německém Mnichově je čelní světový výrobce brzdicích systémů pro kolejová a komerční vozidla. Již více než sto let společnost zavádí novinky v oblasti vývoje, produkce a marketingu v nejmodernějších brzdných systémech. Má pobočky téměř po celém světě.

3.2.3

Modely V současnosti Knorr-Bremse nabízí pět typů pískovacích zařízení. Každé z nich je dostupné v různých provedeních a je pružně upravitelné podle potřeb zákazníka. [1] Pískovací zařízení pro tramvaje Pro tramvaje jsou speciálně vyráběna pískovací zařízení, u kterých se nepoužívá pro sypání písku stlačený vzduch z centrálního okruhu. Vzduch je přiváděn pomocí malého elektrického dmychadla. Tato zařízení se vyrábí ve třech provedeních: Konstrukce Obousměrné pískovací zařízení s dmychadlem (Typ SEJ) • Model má vysoušeč písku umístěn ve spodní části zásobníku. • Rovněž je dostupný model bez vysoušeče (obr. 3-11). Jednosměrné pískovací zařízení s dmychadlem (Typ SDN15) • Vysoušeč písku je v celém zásobníku a přívodní potrubí je vyhřívané. • Stlačený vzduch je vytvářen za pomoci rotačního lopatkového dmychadla. • Dmychadlo je poháněno buď stejnosměrným motorem nebo bezúdržbovým elektrickým synchronním motorem s připojeným ovládáním (obr 3-12). Jednosměrné pískovací zarízení s dmychadlem (Typ SDN31) • Je podobný jako typ SDN15, ale tvorba stlačeného vzduchu je prováděna prostřednictvím centrálního tlakového dmychadla. • Navíc mohou být přívodní potrubí vybavena profukovacím zařízením.

Obr. 3-11 Pískovací zařízení typu SEJ [1].

Obr. 3-12 Pískovací zařízení typu SDN15 [17].

strana

19


Pískovací zařízení pro vlaky Pro vlaky s centralizovaným systémem stlačeného vzduchu existují dva základní typy: Konstrukce Pískovací zařízení (Typ SD) • Jednoduché zařízení, které je vhodné pouze pro aplikace, kde je pískování potřeba jen zřídka. • Je vyráběn bez všech sušících, profukovacích a vyhřívacích funkcí. • Úprava rychlosti množství dodávaného písku není možná. Jednosměrné pískovací zařízení bez dmychadla (Typ SDN31) • Zařízení má stejné funkce jako stejnojmenný systém pro tramvajová vozidla. • Stlačený vzduch probíhá hlavním pneumatickým potrubím vozidla (obr. 3-13).

Obr. 3-13 Pískovací zařízení typu SDN31 [1].

3.2.4 IBEG Společnost IBEG [18] s hlavním sídlem v německém Marl má pobočky v části Evropy, v Austrálii, na Novém Zélandu, Jižní Asii, v USA a v Kanadě. Již od počátků založení společnosti jsou v popředí zájmu komponenty pro kolejová vozidla. Jedná se hlavně o pískovací zařízení, jichž je největším výrobcem, ale jejich nabídka produktů obsahuje i plošiny pro handicapované osoby, můstky, posuvné a skládací schůdky pro dopravní průmysl. Modely V současné době nabízí firma IBEG tři základní druhy pískovacích systémů, dále pak další související příslušenství, v tomto případě několik druhů speciálních trysek pro pískování. Sand Step V roce 1984 IBEG navrhnul první pískovací systém vhodný pro tramvaje společně s německými tranzitními orgány. Vlastnosti • Vysoký výstupní hmotnostní průtok písku (až 4000 g/min) • Nízká spotřeba vzduchu • Levná konstrukce [19] strana

20


H-Stream systém V roce 2001 byla vyvinuta úplně nová generace pískovacích systémů. Na rozdíl od existujících principů systému Sand Step, u nového vysává Jet Stream písek přímo ze zásobníku písku. Písek a stlačený vzduch jsou míseny za speciální tryskou (Jet). Díky konstrukci rozptylovací jednotky je písek urychlen a usměrněn (Stream) do pískovací trysky, která má horizontální výstup. Vlastnosti • Nízký výstupní hmotnostní průtok písku (250 až 1200 g/min) • Délka přívodního potrubí pro písek až 3000 mm • Významné snížení reakčního času • Méně citlivý na různé kvality písku [20] V-Stream systém V-Stream systém je dalším konceptem skupiny pískovačů Stream. Koncepce byla realizována v roce 2003 a V-Stream systém se stal nejvíce prodávaným pískovacím systémem po celém světě (obr. 3-14). Vlastnosti • Snižuje hmotnostní průtok písku až o 75 % • Rozmezí hmotnostního průtoku od 400 do 1500 g/min • Významné snížení reakčního času • Méně citlivý na různé kvality písku • Délka přívodního potrubí pro písek až 2000 mm

Obr. 3-14 Pískovací zařízení V-Stream Systém [21].

Sada pro dodatečnou úpravu na V-systém je dostupná pro všechny existující pískovací systémy IBEG a rovněž i pro konkurenční systémy. [22] Pískovací trysky Na začátku devadesátých let začali pracovníci IBEG řešit problém ucpaných pískovacích trysek, jež byl způsoben nečistotami, vlhkostí, olejem, ledem nebo jinými prostředky. Předchozí a stávající modely trysek používají ocelové trubky vytápěné drahými a křehkými topnými systémy. IBEG provedl rozsáhlé testování a vývoj tvaru trysky, který se v různých přírodních podmínkách neucpává. V novém konceptu je použito jednoduché topné těleso uzavřené v odlitku, aby udržovalo stálou teplotu za nepříznivých podmínek.

strana

21


Sand Jet Spodní strana trysky má konvexní tvar, který vytvoří sání v důsledku rychlosti jízdy. Vytvořený sací efekt udržuje rozptylovací trysku suchou a bez prachu. Sací účinek je intenzivnější díky namontovaným pomocným klapkám po stranách, písek tak může být lépe nasměrován do mezery mezi kolem a kolejnicí. Pískovací tryska je navržena tak, aby za ní nevznikaly žádné turbulence, které by narušovaly tok písku (obr 3-15). [23]

Obr. 3-15 Tryska Sand Jet [24].

Má následující výhody: • Nízká tendence ke kontaminaci. • Samočisticí schopnost. • Nevytváří turbulence za kolem. • Schopnost řízení toku písku.

3.3 Závady na stávajícím pískovacím zařízení v železničním provozu Nejčastější a poměrně vážnou závadou je proměnlivé množství sypaného písku. To je způsobeno zejména proměnlivou velikostí zrn, aktuální vlhkostí písku v nádobě a kolísáním tlaku vzduchu v pískovacím koleně. Další častou závadou je zhutnění obsahu písku v písečníku vlivem vlhkosti a tím nemožnosti použití pískovacího zařízení. [6] Uvedené závěry jsou přeloženy ze zprávy [10] Současný stav poznání pískovačů na řídících vozech. Tento výzkum se zabýval prověřením různých typů provedení pískovacích systémů na řídicích vozech ve Velké Británii. Byl proveden v rámci šetření významných nehod, které se staly v roce 2005. Během průzkumu se měřilo množství sypaného písku a katalogizovaly se informace o konstrukčních rysech jednotlivých systémů. Rovněž se zjišťovaly příčiny variability vlastností s cílem poskytnout do budoucna doporučení ke konstrukci a údržbě pískovacích systémů. 3.3.1 Vliv délky vypouštěcí hadice Doporučuje se používat co nejkratší hadice u stávajících souprav a u všech nových vozidel musí být pískovací zařízení umístěno tak, aby délka hadice byla minimální, neboť bylo zjištěno, že delší hadice vysypou menší množství písku.

strana

22


3.3.2 Množství sypaného písku dle pokynů údržby Bylo zjištěno, že množství sypaného písku bylo u mnoha systémů mimo rozsah dovolený v příručkách údržby. Za předpokladu, že se tento rozsah posunul od poslední kontroly, bylo navrženo provádět prohlídky častěji. Přijatelná míra tolerance sypaného množství je v některých případech příliš široká. Např. jedna společnost provozující vlaky uvedla, že minimální přijatelné množství je pouze 0,2 kg/min, jiná nespecifikovala přijatelné množství vůbec. Pokud se vlaky provozují s nastavením na nízký hmotnostní průtok písku, mohou být ztraceny některé z potenciálních výhod pískování. Proto byla navrhnuta kritéria pro množství sypaného písku u jednotlivých modelů. Obecně vzato je přípustné navrhovat pískovací systémy na vyšší výsypné množství pro brzdění. Nejvyšší dovolené množství bylo stanoveno na 2 kg/min pro všechny tažné jednotky a také pro vlaky, které mají dvě vozidla délky 20 m a standardní brzdy. Pro ostatní jednotky, jako jsou vozy delší než 23 m nebo s více než dvěma vozy, je pro brzdění dovoleno větší množství písku.

3.3.2

3.3.3

3.3.3 Vliv prověšení a zahnutí přívodní hadice Bylo zjištěno, že průhyby mají vliv na pokles rychlosti pískování. U pískovacích zařízení, kde průhyby byly uměle navozeny, bylo naměřeno nižší výsypné množství písku, než u stejných hadic bez průhybů (obr. 3-16, obr. 3-17).

Obr. 3-16 Hadice s průhybem [11].

Obr. 3-17 Hadice bez průhybu se zahnutím [11].

Je možné, že prověšení může zapříčinit hromadění písku a kondenzovaní vlhkosti v místě průhybu, což může vést ke snížení výsypného množství nebo zablokování hadice. Vyšetřování vlivu zahnutí na výsypný hmotnostní průtok ukázalo, že vliv nemá nebo je velmi malý. Doporučuje se navrhovat pískovací systémy tak, aby se předešlo prohnutí hadice, např. příliš dlouhé hadice by se měly po celé délce podepřít. 3.4.4 Vliv stavu výsypné hadice na výkon Všechny zkoumané systémy používají hadice, které byly speciálně navrženy pro pískování a zdají se být pro tento účel dostatečně robustní. Doporučuje se proto, že by měly být používány i nadále pro nové systémy nebo pro nahrazování u stávajících systémů. Je známo, že dochází ke znečištění hadic, které následně může vést k jejímu ucpání. To je problém zejména v místech, kde je nasazeno mazání okolku. Doporučuje se, aby hadice byly pravidelně kontrolovány a výstupy byly pro udržení výkonu podle potřeby čištěny.

3.3.4

strana

23


Další pozorování se týká stahovacích kroužků, které jsou používány u některých modelů k zajištění hadice. Společnosti provozující vlaky zjistili, že je třeba je někdy dotáhnout, což může způsobit zmenšení průměru hadice (obr. 3-18). Tento jev může být signálem, že materiál hadice již nemá potřebné vlastnosti a hrozí následný průhyb a snížení výkonu.

Obr. 3-18 Hadice uchycená pomocí stahovacích kroužků [11].

3.3.5 Odvzdušňovací ventil pískovacího zařízení Konstrukce musí mít odvzdušňovací ventil v zásobníku písku (obr. 3-19), aby se zabránilo vzniku vakua, které by znemožnilo nasátí písku do hadice.

Obr. 3-19 Příklad odvzdušňovacího ventilu [11].

Zjistilo se, že množství sypaného písku významně klesne, jestliže je ventil ucpaný. Ventily s jemným filtrem jsou zvláště citlivé na ucpání a to jak pískem, tak obecně nečistotami a je těžké je vyčistit. Bylo doporučeno, aby pokyny pro údržbu zahrnovaly požadavek na kontrolu a důkladné vyčištění ventilů. 3.3.6 Úhel hadice nebo trysky Ze statického pozorování pískovacích systémů nebylo možné učinit jakékoli závěry týkající se úhlu trysky vůči kolu nebo kolejnici (obr. 3-20). Na některých systémech může být hadice nebo hubice lépe nasměrována do kontaktu kolo - kolejnice.

strana

24


Obr. 3-20 Různé úhly natočení trysky nebo hadice [11].

Doporučuje se provést další výzkum sypaného množství písku u jedoucích vozidel. 3.3.7 Škrticí clona Testování, zda škrticí ventily mají vliv na výsypné množství, si dělají jednotliví výrobci sami, aby určili optimální velikost ventilu zejména pro průtok písku. Zvětšování otvoru ve cloně automaticky neznamená zvýšení rychlosti písku. Jednání s dodavateli pískovačů naznačilo, že zvýšení průměru díry vede rovněž ke zvýšení výsypné rychlosti jen do určité míry, pak množství opět klesá. Je možné, že optimální velikost pro jednu třídu vozidel nemusí být stejná jako optimum pro jinou. Známý problém s touto konstrukcí je, že se škrticí ventil ucpává špínou, pískem nebo korozí. Příklad zkorodované clony ucpané pískem je na obr. 3-21. Jeden z výrobců nyní začal používat mosazné clony, aby se pokusil předejít korozi.

3.3.7

Obr. 3-21 Zkorodovaná clona [11].

3.3.8 Způsob použití písku na železnici Je zřejmé, že výkon pískovacích systémů závisí na tom, jestli je většina písku aplikována na koleje a zůstane tam dost dlouho na to, aby mohla být účinná. Pozorováním statických jednotek v depech, bylo zjištěno, že existují případy, v nichž byl písek zaměřen více na kola než kolej a jednoduše se odrazil. V jiných případech bylo pozorováno, že písek není sypán na střed kolejnice, což vedlo k tendenci písku padat z kolejnice pryč. Rovněž ve struktuře písku byla zjištěna velká variabilita. Tyto zkoušky byly provedeny na statických vozidlech. Skutečný výkon na pohybujících se vozidlech může být značně odlišný.

3.3.8

3.3.9

3.3.9 Vlhkost v pískovacích systémech Vlhkost v pískovačích může vést k nízké výsypné rychlosti nebo ucpání. Existuje řada způsobů, jak se může vlhkost dostat do pískovacího systému. Např. špatné těsnění mezi zásobníkem písku a víčkem, dešťová voda stékající z odvodňovacích

strana

25


žlábků přímo na zásobník, vniknutí vody přes montážní otvory a vlhkost ve výsypné hadici z neznámého zdroje. Opatření by měla zahrnovat kontrolu těsnění mezi zásobníkem písku a víčkem, umístění pískovače mimo zdroje vody. Ohřívače zásobníků písku mohou rovněž snížit úroveň vlhkosti.

strana

26

ANALÝZA A ZHODNOCENÍ ZÍSKANÝCH POZNATKŮ

4 ANALÝZA A ZHODNOCENÍ ZÍSKANÝCH POZNATKŮ

4

Stávající systémy pracují většinou na podobném principu a liší se pouze konstrukcí. Jedinou výjimku tvoří pravděpodobně jeden z prvních inteligentních pískovačů, který je zatím dostupný na trhu. Oproti běžným zařízením tohoto druhu SmartSander snižuje celkově náklady na údržbu a zvyšuje bezpečnost při provozu. SmartSander se řadí do nastupující generace inteligentních pískovacích systémů, které jsou automatické a pískují dle aktuálních podmínek jízdy. Tímto způsobem lze dosáhnout optimálního využití vlastností písku, jakožto prostředku se zvýšení koeficientu adheze. Další ze zástupců „chytrých“ pískovačů je systém pro tramvaje společnosti KnorrBremse. Prozatímní výsledky testů naznačují, že může dojít ke značné úspoře písku, což vede nejen ke snížení celkových nákladů, ale hlavně ke snížení prašnosti, která je problémem ve velkých městech hlavně v letním období. [27] Ostatní běžné systémy se liší hlavně rychlostí a množstvím sypaného písku, délkou přívodní hadice a konstrukcí výstupní trysky. Jako prevence ucpání trysek se dnes většinou používá vytápěcí zařízení, které zabraňuje zamrzání trysky a zároveň vyhřívá a vysušuje písek v zásobníku. Výjimku v tomto ohledu tvoří tryska SandJet od společnosti IBEG, která by dle výrobce měla být samočisticí. Zde je použito jednoduché topné těleso, které udržuje stále provozní podmínky. Navíc je tryska tvarována tak, aby za ní nevznikaly nepříznivé proudy vzduchu a lépe tak lze směrovat písek do prostoru kolo – kolejnice. Je pravděpodobné, že vývoj pískovacích zařízení bude i nadále zaměřen směrem k inteligentním systémům, které usnadní práci řidiči a samy optimalizují pískování podle aktuálních potřeb. Zapojení použití systému GPS je u pískovacích systémů sporné, neboť se nepískuje v závislosti na profilu trati jako je tomu např. u mazání okolků, ale podle aktuálního stavu počasí a způsobu jízdy. Nicméně v nedávné době představila společnost IBEG na veletrhu InnoTrans svou inovativní vizi pískovače. [25] Nejedná se o inteligentní verzi, ale o novou konstrukci zásobníku písku. Princip pískování zůstává v podstatě stejný jako u stávajících modelů. Zásobníky tvoří lahve, které se ve stanici v dostatečném množství naplní pískem a v průběhu jízdy se mohou operativně vyměnit za prázdné. Dle uvedené zprávy (viz dále) by tento způsob plnění měl být čistší a ekonomičtější.

strana

27

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ

5 VYMEZENÍ TRENDŮ BUDOUCÍHO VÝVOJE Každá společnost vyrábějící pískovací zařízení se snaží vyvíjet inovace pro jednotlivé části, které by vedly k lepším využití možností, jež pískování nabízí.

5.1 Společnost IBEG S úplně novým konceptem přišla v září 2010 společnost IBEG. Po více než třiceti letech vyvinutí prvního pískovače, přináší na trh úplně novou generaci pískovačů nazvanou SandMaid. Inovativní koncept vybavování kolejových vozidel výměnnými zásobníky písku (obr. 5-1) přináší užitek jak výrobcům, tak dopravním provozovatelům. Nový systém nabízí úsporu nákladů a technické výhody, zatímco stávající prašný způsob plnění se stává zastaralý. Praktické, vyměnitelné zásobníky písku (např. ve čtyř-lahvovém systému, obr. 5-2) jsou pohodlně použitelné, aby zajistily písek pro vozidla na mnoha různých místech, takže vozy nemusejí jezdit pro doplnění písku do centrální plnící stanice. Navíc není třeba drahých a složitých plnících dveří nebo klapek. Samostatný nebo vícenásobný systém nádob může být nainstalován uvnitř nebo vně vozidla přímo připevněn k podvozku. Systém pracuje s pískem nebo jinými prostředky pro zvýšení adheze, např. oxidem hliníku. Úspora celkových nákladů a nákladů za údržbu je značná. [25]

Obr. 5-1 Výměna nádob SandMaid [25].

Obr. 5-2 Čtyř-lahvový systém SandMaid [26].

5.2 Pískovací zařízení od Knorr-Bremse Knorr-Bremse vyvinula nový pískovací systém pro tramvaje, který významně snižuje znečištění prachem a nabízí nemalé úspory nákladů pro provozovatele. Tento nový systém pracuje na základě situace a rychlosti vozidla. Plně elektronický systém zajišťuje, že je vždy vysypáno přesné množství písku potřebné pro bezpečné brzdění na základě rychlosti jízdy, ochranného systému proti prokluzu nebo pokud je potřeba na pokyn řidiče. Výsledné snížení o 50 % nebo více v objemu písku zahrnuje nejen snížení provozních nákladů, ale také značné omezení znečistění vzduchu prachem. Nový pískovací systém byl vyvinut pobočkou v Rakousku a testován ve spolupráci s vídeňskými dopravci na jejich tramvajích. Výsledky byly tak pozitivní, že se provozovatelé rozhodli osadit tímto zařízením všechny nové i stávající tramvaje. [26]

strana

28

SEZNAM OBRÁZKŮ

6

6 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1-1 Detail procesu pískování [1]. Obr. 2-2 Řídicí vůz pro soupravy InterCity německého dopravce [3]. Obr. 2-1 Řídicí vůz řady 814-914, ČD. Obr. 2-3 Pískovací zařízení na vozech řady 80-29 ČD. Obr. 2-4 Dopplerův radar na železničním voze [9]. Obr. 3-1 Popis základních částí pískovacího zařízení [6]. Obr. 3-2 Zásobník písku na motorovém voze řady 80-29. Obr. 3-3 Nádoba s pískovacím kolenem. Obr. 3-4 Popis jednotlivých částí pískovacího kolena [10]. Obr. 3-5 Princip pískovacího zařízení [11]. Obr. 3-6 Pískovací zařízení typu KOVA-03D. Obr. 3-7 Vytápěná tryska [6]. Obr. 3-8 Inovativní část SmartSander [14]. Obr. 3-9 Pískovací ventil s adaptérem a hubice k hadici [14]. Obr. 3-10 Dva typy pískovacích ventilů [14]. Obr. 3-12 Pískovací zařízení typu SDN15 [17]. Obr. 3-11 Pískovací zařízení typu SEJ [1]. Obr. 3-13 Pískovací zařízení typu SDN31 [1]. Obr. 3-14 Pískovací zařízení V-Stream Systém [21]. Obr. 3-15 Tryska Sand Jet [24]. Obr. 3-17 Hadice bez průhybu se zahnutím [11]. Obr. 3-16 Hadice s průhybem [11]. Obr. 3-18 Hadice uchycená pomocí stahovacích kroužků [11]. Obr. 3-19 Příklad odvzdušňovacího ventilu [11]. Obr. 3-20 Různé úhly natočení trysky nebo hadice [11]. Obr. 3-21 Zkorodovaná clona [11]. Obr. 5-2 Čtyř-lahvový systém SandMaid [26]. Obr. 5-1 Výměna nádob SandMaid [25].

10 11 11 12 13 14 14 15 15 15 16 16 17 18 18 19 19 20 21 22 23 23 24 24 25 25 28 28

strana

29

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ

7 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ GPS PVC

strana

30

- Global Positioning System, globální poziční systém - polyvinylchlorid, druh plastu

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ

8 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ

8

[1] Sanding Systems. Informer Edition 16 [online]. July 2007 [cit. 2011-2-27]. Dostupné z: http://www.knorr-bremse.de/media/documents/railvehicles /informer/Informer_0016-EN.pdf [2] Hnací vozidlo [online]. 2003 [cit. 2011-2-27]. Dostupné z: http://homen.vsb.cz/~s1i95/mvd/Zakladni_pojmy.htm [3] Druhy lokomotiv [online]. 2008-10-2 [cit. 2011-3-30]. Dostupné z: http://www.atlaslokomotiv.net/page-rozdeleni.html [4] Řídící vůz [online]. 2010 [cit. 2011-2-27]. Dostupné z: http://www.zirafoviny.cz/modules/lexikon/entry.php?entryID=340 [5] KOLÁŘ, Josef. Teoretické základy konstrukce kolejových vozidel. Vydání první. Praha: ČVUT, 2009. 276 s. ISBN 978-80-01-04262-5 [6] KOTRBA A., VAŠÍČEK J. Nová pískovací zařízení na hnacích vozidlech typu KOVA-03D. Nová železniční technika 1/2009 [7] ROZHODNUTÍ KOMISE ze dne 11. srpna 2006. Norma TSI-EU (oznámeno pod číslem K(2006) 3593) o technické specifikaci pro interoperabilitu týkající se subsystému „Provoz a řízení dopravy“ transevropského konvenčního železničního systému (2006/920/ES). [8] Adheze [online]. 2010 [cit. 2011-2-27]. Dostupné z: http://leccos.com/index.php/clanky/adheze [9] Možnosti zlepšení adhezních vlastností lokomotivy při rozjezdu a brzdění [online] 2008 [cit. 2011-5-24]. Dostupné z: http://www.zelpage.cz/clanky/moznosti-zlepseni-adheznich-vlastnostilokomotivy-pri-rozjezdu-a-brzdeni [10] CHOVANEC, F. Návrh podvozku řídícího vozu pro regionální dopravu. Pardubice: Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta Jana Pernera, 2009. 85s. Vedoucí diplomové práce neuveden. [11] Understanding the current use of sanders on multiple units. Research Programme Engineering [online]. 2009 [cit. 2011-2-27]. Dostupné z: http://www.rssb.co.uk/SiteCollectionDocuments/pdf/reports/Research/ T796_rpt_final.pdf [12] Tribotec [online]. 2008-8-22 [cit. 2011-2-27]. Dostupné z: http://www.tribotec.cz/tribotec/cz/ [13] DeltaRail Group [online]. 2009 [cit. 2011-3-28]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/DeltaRail_Group [14] SmartSander Enhancement for Commuter Rail. Innovation Deserving Exploratory Analysis Programs [online]. 2008 [cit. 2011-2-27]. Dostupné z: http://onlinepubs.trb.org/onlinepubs/archive/studies/idea/finalreports/transit/Tra nsit49_Final_Report.pdf [15] Pneumatics for Smartsander on-train track sander. E-news [online]. 2010 [cit. 2011-5-1]. Dostupné z: http://www.imarco-online.com/content/ webdesign/sites/parkerenews/issue4/eng/ph4007/index.html [16] Welcome to Knorr-Bremse [online]. 2011 [cit. 2011-3-30]. Dostupné z: http://www.knorr-bremse.com/en/global/ [17] Sanding systems [online] 2011 [cit. 2011-3-30]. Dostupné z: http://www.knorrbremse.cz/en/railvehicles/products/brakingsystems/auxiliaryequipment/ sandung.jsp

strana

31

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ

[18] IBEG [online]. 2010 [cit. 2011-2-20]. Dostupné z: http://ibeg.com/cms/index.php?id=178 [19] IBEG Sand Step [online]. 2010 [cit. 2011-2-20]. Dostupné z: http://ibeg.com/en/sand-step/ [20] H-Stream Sanding system [online]. 2010[cit. 2011-2-27]. Dostupné z: http://ibeg.com/en/h-stream-sanding-system/ [21] V-Stream Sanding System [online]. 2011-4-1 [cit. 2011-5-2]. Dostupné z: http://ibeg.com/relaunch/en/2011/04/01/v-stream-sanding-system/ [22] V-Stream Sanding System [online]. 2010 [cit. 2011-2-27]. Dostupné z: http://ibeg.com/en/v-stream-sanding-system/ [23] Sand Jet [online]. 2010 [cit. 2011-2-27]. Dostupné z: http://ibeg.com/en/sandjet/ [24] Sand Jet [online]. 2011-4-1 [cit. 2011-5-2]. Dostupné z: http://ibeg.com/relaunch/en/2011/04/01/sand-jet-2/ [25] SandMaid [online]. 2010 [cit. 2011-2-27]. Dostupné z: http://www.virtualmarket.innotrans.de/index.php5?id=1263065&compact=0&A ction=showProduct [26] SandMaid [online]. 2011-4-1 [cit. 2011-5-2]. Dostupné z: http://ibeg.com/relaunch/en/2011/04/05/sandmaid/ [27] New sanding system reduces fine dust pollution from streetcars [online]. 2010 [cit. 2011-2-27]. Dostupné z: http://www.knorrbremse.cz/cz/press/pressreleases/press_detail_1377.jsp [28] COLLYAH BRUCE a kol. Anglická frázová slovesa. Vydání první. Praha: FIN PUBLISHING s. r. o., 2006. 268 s. ISBN 80-86002-64-0 [29] Anglicko-český technický slovník. Vydání druhé. Praha: SNTL, 1971. 1028 s. Typové číslo L28-S1-I-01/11676/IV

strana

32

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Recommend Documents