Badania hamulców pojazdów szynowych

Transkrypt

1 Seminarium IK 08 maja 2012 Badania hamulców pojazdów szynowych dr inż. Zbigniew Cichocki Zakład Pojazdów Szynowych IK

2 Seminarium IK 08 maja 2012 Spis treści 1.Wprowadzenie 2.Cel badań 3.Wymagania dotyczące hamulców kolejowych 4.Rys historyczny badań hamulców w Instytucie Kolejnictwa 5.Możliwości Instytutu Kolejnictwa w zakresie badań hamulców i ich elementów 6.Podsumowanie

3 WPROWADZENIE System hamulcowy pociągu musi zapewniać : zatrzymanie pociągu na dystansie nie przekraczającym maksymalnej dopuszczalnej długości drogi hamowania, możliwość regulacji prędkości pociągu w zależności od warunków ruchowych utrzymanie unieruchomionego taboru na spadku

4 WPROWADZENIE Stosowany powszechnie w ruchu kolejowym hamulec zespolony samoczynny na sprężone powietrze ma strukturę członową Struktura ta powstaje w wyniku szeregowego łączenia układów hamulcowych poszczególnych pojazdów przewodem głównym, który przesyła sygnały sterowania oraz dostarcza energii do działania hamulca w poszczególnych członach.

5 WPROWADZENIE Układ urządzeń hamulcowych pojedynczego pojazdu szynowego działa jako jeden z członów hamulca pociągu. Do jego głównych zadań należy zapewnienie siły docisku elementów ciernych i wytworzenie właściwej siły hamowania zgodnie z sygnałem sterującym otrzymywanym z przewodu głównego

6 WPROWADZENIE Układ urządzeń hamulcowych pojedynczego pojazdu (wagon towarowy)

7 WPROWADZENIE Urządzenia układu sterowania (przekazywanie sygnałów dotyczących realizacji odpowiedniej siły hamowania) Przewód główny Zawór rozrządczy Przekładnik ciśnienia Zawór ważący Urządzenie przeciwpoślizgowe Urządzenia układu siłowego (realizacja siły hamowania) Siłownik (cylinder hamulcowy) Samoczynny nastawiacz skoku tłoka Przekładnia dźwigniowa Elementy pary ciernej

8 CEL BADAŃ w odniesieniu do pociągu - pomiar prędkości rozchodzenia się fali hamowania - ocena współdziałania różnych systemów hamulcowych poszczególnych pojazdów

9 CEL BADAŃ w odniesieniu do pojazdu - sprawdzenie poprawności wykonania i montażu układu hamulcowego pojazdu zgodnie dokumentacją techniczną w tym ocena zastosowanych elementów - sprawdzenie poprawności działania układu hamulcowego pojazdu - określenie skuteczności działania hamulca poprzez wyznaczenie masy hamującej

10 CEL BADAŃ w odniesieniu do elementu układu hamulcowego - sprawdzenie spełnienia wymagań dotyczących działania i wykonania elementu układu hamulcowego pojazdu zgodnie dokumentacją techniczną i obowiązującymi przepisami - ocena zgodności i/lub przydatności do użytku elementu układu hamulcowego

11 WYMAGANIA DOTYCZĄCE HAMULCÓW KOLEJOWYCH 1922 UIC rozpoczyna prace dotyczące określania warunków jakie musi spełniać hamulec wagonów towarowych 1935 czerwiec opublikowanie 33 warunków dla hamulców pociągów towarowych 1939 styczeń opublikowanie 29 warunków dla hamulców pociągów pasażerskich

12 WYMAGANIA DOTYCZĄCE HAMULCÓW KOLEJOWYCH 2001 Parlament Europejski i Rada Europy uchwaliły Dyrektywę 2001/16/CE w sprawie interoperacyjności transeuropejskiego systemu kolei konwencjonalnej. Wymagania dotyczące hamulców kolejowych zawarte są w tak zwanych Technicznych Specyfikacjach Interoperacyjności dotyczących podsystemów Tabor kolejowy - wagony towarowe oraz Tabor kolejowy - lokomotywy i tabor pasażerski

13 WYMAGANIA DOTYCZĄCE HAMULCÓW KOLEJOWYCH Warunki jakie muszą spełniać hamulce pojazdów szynowych zawarte są: w kartach UIC: serii 54x w Technicznych Specyfikacjach Interoperacyjności dotyczących taboru (wagony towarowe oraz tabor trakcyjny i wagony osobowe) w Normach Europejskich Wymagania dotyczące badań i oceny hamulców zawarte w tych dokumentach są w miarę rozwoju techniki na bieżąco aktualizowane

14 WYMAGANIA DOTYCZĄCE HAMULCÓW KOLEJOWYCH Wymagania dotyczą: - hamulców pociągów - hamulców poszczególnych pojazdów - elementów układów hamulcowych pojazdów - par ciernych

15 RYS HISTORYCZNY BADAŃ HAMULCÓW W INSTYTUCIE KOLEJNICTWA - Do roku 1970 Zakład Pojazdów Szynowych INBK (COBiRTK) (badania stacjonarne i ruchowe hamulców) umowa COBiRTK z IPSz PK o współpracy naukowotechnicznej w zakresie wszelkich prac związanych z hamulcami pojazdów szynowych i niezawodnością pojazdów szynowych utworzenie w Zakładzie Pojazdów Szynowych COBiRTK zamiejscowej Pracowni Hamulców z siedzibą w Krakowie przy IPSz PK

16 Zakres działania Pracowni - badania tarciowo zużyciowe materiałów ciernych na wstawki i okładziny - badania i ocena istniejących układów hamulcowych, - badanie układów hamulcowych prototypowych lub modernizowanych, - opracowywanie wytycznych do modernizacji istniejących układów hamulcowych, - opracowywanie wytycznych do nowych rozwiązań układów hamulcowych, - ocena założeń do nowych projektów wykonywanych przez przemysł - badania w zakresie eksploatacji, utrzymania i napraw układów hamulcowych, zwłaszcza z uwzględnieniem trwałości i niezawodności ich elementów, - bieżące śledzenie kierunków badań i tendencji rozwojowych nowoczesnych układów hamulcowych w przodujących ośrodkach badawczych i Zarządach kolejowych

17 Lata siedemdziesiąte XX w rozpoczęcie budowy hali laboratorium do badania układów hamulcowych na terenie PKP w Krakowie Prokocimiu, Koniec lat osiemdziesiątych ukończenie budowy hali laboratoryjnej i przekształcenie Pracowni Hamulców COBiRTK w Laboratorium Hamulców Pojazdów Szynowych CNTK Druga połowa lat dziewięćdziesiątych modernizacja stanowisk w zakresie wprowadzenia wspomagania komputerowego do pomiarów i rejestracji parametrów pracy hamulca

18 budowa stacjonarnego stanowiska bezwładnościowego, służącego do badań par ciernych hamulców pojazdów szynowych 2001 uzyskanie homologacji UIC kategorii D do prędkości 350 km/h dla stanowiska bezwładnościowego wykonanie badań weryfikacyjnych stanowiska (badania dla tarczy hamulcowej z V max = 500km/h

19 MOŻLIWOŚCI INSTYTUTU KOLEJNICTWA W ZAKRESIE BADAŃ HAMULCÓW KOLEJOWYCH I ICH ELEMENTÓW

20 Badania stacjonarne układów hamulca pojazdów szynowych lub jego elementu Cel badań sprawdzenie poprawności wykonania i działania układu hamulcowego oraz określenie wartości sprawności statycznej i dynamicznej hamulca wagonu.

21 Schemat pneumatyczny stanowiska do badań stacjonarnych hamulca

22 Widok stanowiska do badań stacjonarnych hamulców

23 Układ pomiarowy stanowiska zawiera 48 napięciowych torów pomiarowych do pomiaru: ciśnienia: z wykorzystaniem przetworników ciśnienia, (błąd pomiaru ± 0,002 MPa) sił: z wykorzystaniem przetworników sił nacisku, (błąd pomiaru ± 0,2 kn) przemieszczeń liniowych: z wykorzystaniem przetworników przemieszczeń liniowych (błąd pomiaru ± 0,5 mm)

24 W skład układu rejestracji i sterowania stanowiska wchodzą: zestaw komputerowy z kartami laboratoryjnymi, moduł wykonawczy: szesnastokanałowy wzmacniacz sygnałów logicznych sterowania zaworów elektropneumatycznych

25 Wykonanywane próby: napełniania układu pneumatycznego hamulca, szczelności ogólnej układu pneumatycznego hamulca, szczelności ogólnej układu pneumatycznego hamulca po hamowaniu pełnym, szczelności cylindra hamulcowego po hamowaniu nagłym, hamowania nagłego i odhamowania, hamowania pełnego i odhamowania, hamowania nagłego i odhamowania z symulacją obciążenia w górę i w dół, I - go stopnia hamowania i odhamowania, hamowania i odhamowania stopniowego, czułości hamulca, nieczułości hamulca,

26 Wykonanywane próby: odporności na napełnianie uderzeniowe po hamowaniu pełnym, odporności na napełnianie uderzeniowe w odhamowany hamulec, gotowości do hamowania podczas odhamowania, działania odluźniacza hamulca, działania zaworu wyłączającego hamulec, działania nastawiacza skoku tłoka i poprawności regulacji układu cięgłowo dźwigniowego, działania hamulca postojowego, niewyczerpalności hamulca

27 Na stanowisku wykonuje są badania według akredytowanej procedury: PB-LW-H01 Badania stacjonarne układów hamulcowych i ich elementów w pojazdach szynowych

28 Badania ruchowe układów hamulcowych pojazdów szynowych Określanie skuteczności hamulca pojazdu szynowego poprzez wyznaczenie procentu masy hamującej λ i obliczenie masy hamującej B Badania ruchowe wykonuje się drogą odczepiania w ruchu badanego wagonu od pociągu pomiarowego z samoczynnym wdrożeniem hamowania nagłego lub wdrożenia przez maszynistę hamowania nagłego w badanym pojeździe trakcyjnym lub pociągu

29 Badania ruchowe hamulca z odczepianiem wagonu w ruchu.

30 Aparatura pomiarowa i urządzenia stosowane podczas badań ruchowych: wagon pomiarowy przystosowany do badań układów hamulcowych pojazdów szynowych wyposażony w automatyczny sprzęg badawczy służący do rozłączania pojazdów szynowych podczas ruchu z równoczesnym wdrożeniem hamowania nagłego w badanym pojeździe, przetworniki ciśnienia powietrza, pirometry przenośne i montowane na badanym pojeździe, przetwornik radarowy do pomiaru prędkości i drogi hamowania, komputer przemysłowy z kartami pomiarowymi służący do przetwarzania i rejestracji danych.

31 Podczas badań ruchowych wykonywane są pomiary i rejestracja: prędkości pojazdu ( v = ± 0,35 km/h), drogi i czasu hamowania ( s = ± 1,5 m, t = ± 0,05 s) ciśnienia powietrza w przestrzeniach roboczych części pneumatycznej układu hamulcowego (przewód główny, zbiornik pomocniczy, zbiornik sterujący, urządzenia ważące, zbiornik rozprężny, cylinder hamulcowy, itp. p = ± 0,002 MPa), temperatury elementów par ciernych hamulca ( T = 0,5 C,).

32 Badania ruchowe wykonuje są według akredytowanej procedury: PB-LW-H02 Badania ruchowe układów hamulcowych pojazdów szynowych - wyznaczanie skuteczności hamulca

33 Badania odporności hamulca na obciążenia cieplne Hamulec musi bez jakichkolwiek uszkodzeń mechanicznych lub cieplnych zatrzymać maksymalnie obciążony pojazd lub utrzymać jego prędkość w następujących warunkach: wykonanie dwóch kolejno po sobie następujących hamowań nagłych z prędkości maksymalnej, na torze prostym, poziomym przy minimalnym wietrze i na suchych szynach, utrzymanie prędkości 80 km/h na średnim spadku 21 na drodze 46km (pochylenie takie znajduje się pomiędzy Airola i Biasca na południowym stoku linii St Gothard jest to pochylenie odniesienia).

34 Badania odporności hamulca na obciążenia cieplne Wykonywane pomiary i rejestracje: prędkości pojazdu, drogi, czasu hamowania, siły na haku wagonu badanego, temperatury elementów ciernych hamulca. ciśnienia powietrza w cylindrze hamulcowym i innych punktach układu pneumatycznego hamulca. liniowego zużycia ściernego wstawek hamulcowych.

35 Badania odporności hamulca na obciążenia cieplne wykonuje są według akredytowanej procedury: PB-LW-H03 Badania odporności układu hamulcowego na obciążenie cieplne

36 Stanowiskowe badania par ciernych hamulców pojazdów szynowych Badania elementów par ciernych hamulców pojazdów szynowych wykonywane są w Pracowni Badań Stanowiskowych Laboratorium Badań Taboru Instytutu Kolejnictwa na stacjonarnym stanowisku bezwładnościowym, służącym do badań par ciernych hamulców pojazdów szynowych.

37 Sterownia stanowiska do badania par ciernych hamulców pojazdów szynowych.

38 Otwarta komora badawcza stanowiska do badania par ciernych hamulców pojazdów szynowych.

39 Wyposażenie i parametry stanowiska umożliwiają realizację: programów badań homologacyjnych materiałów ciernych określonych w TSI oraz obowiązujących i nowelizowanych kartach UIC, programów badań dotyczących: - okładzin ciernych (organicznych i ze spieków metali) do wagonów pasażerskich, towarowych i pociągów zespolonych - wstawek klocków hamulcowych z tworzywa typu K, - wstawek klocków hamulcowych ze spieków metali, programów badań homologacyjnych kół jezdnych w celu zbadania ich odporności na obciążenia termiczne powstające podczas hamowania hamulcem klockowym,

40 Wyposażenie i parametry stanowiska umożliwiają realizację: badań tarcz hamulcowych w celu określenia ich własności tribologicznych oraz odporności na obciążenia termiczne powstające podczas hamowania, badańżeliwnych wstawek klocków hamulcowych mających na celu określenie ich własności tribologicznych oraz odporności na obciążenia wynikające z hamowania, programów badań dotyczących własności tribologicznych, doboru i optymalizacji par ciernych dla różnych zastosowań i parametrów ruchu.

41 Stanowisko umożliwia symulację prędkości jazdy pojazdu szynowego do 420 km/h, dla koła o średnicy tocznej 890 mm, płynną, mieszaną symulację masy hamowanego pojazdu szynowego (mechaniczną + elektroniczną), maksymalnie do 15 ton masy przypadającej na jedną parę cierną (koło toczne bądź tarczę hamulcową), symulację oddziaływania na badaną parę cierną czynników atmosferycznych w postaci opadu deszczu, zamieci śnieżnej oraz oddziaływania wiatru, hamowania do zatrzymania z możliwością sterowania siłą docisku elementów ciernych, ciśnieniem w cylindrze hamulcowym, bądź momentem hamującym (ze stałym opóźnieniem hamowania),

42 Stanowisko umożliwia realizację hamowania ciągłego (symulacja zjazdów z pochyłości, czyli tzw. hamowanie ze stałą mocą) pomiar temperatur w maksymalnie sześciu punktach tarcz hamulcowych lub trzech punktach kół tocznych podczas realizacji hamowań badawczych, w zakresie: C, regulację objętościowego wydatku wody zraszającej badaną parę cierną podczas symulacji opadu deszczu, bądź opadu śniegu, w zakresie: ( 2 ) 5 25 dm3/h, regulację prędkości oddziaływania wiatru na badaną parę cierną, w zakresie:0,5 28,0 m/s, pomiar hałasu emitowanego przez badaną parę cierną podczas realizacji procesu badawczego,

43 Stanowisko umożliwia ocenę wpływu iskrzenia pary ciernej (szczególnie dla przypadku zablokowanego w pozycji zahamowania hamulca klockowego) na ściółkę podłoża symulowanego przez znormalizowany materiał łatwopalny, rejestrację zużycia masowego, objętościowego i względnego okładzin hamulcowych oraz wstawek klocków hamulcowych, rejestrację stanu technicznego elementów składowych badanej pary ciernej za pomocą cyfrowego aparatu fotograficznego, rejestrację wideo zachowania pary ciernej podczas hamowań badawczych pod kątem udokumentowania istotnych dla procesu zjawisk wizualnych.

44 Stanowisko wyposażone jest w następującą aparaturę pomiarową: do pomiarów ciśnienia w cylindrze hamulcowym: tensometryczny czujnik ciśnienia, do pomiaru sumarycznej siły normalnej oraz momentu hamującego, pomiędzy współpracującymi elementami par ciernych: tensometryczny czujnik siły, do pomiaru prędkości obrotowej: optyczny detektor obrotów, do pomiaru prędkości powietrza wentylującego parę cierną: 2 punkty pomiarowe (nawiew, wyciąg) do pomiaru ciśnienia dynamicznego powietrza, do pomiaru temperatur powierzchni ciernych tarcz hamulcowych lub powierzchni tocznej kół jezdnych: czujniki temperatury NiCr-NiAl, kolektor obrotowy do przesyłu sygnałów.

45 Stanowisko badawcze układów sterowania hamulca pociągów kolejowych Stanowisko służy do badania układów sterowania samoczynnym zespolonym hamulcem pneumatycznym całych pociągów Stanowisko ma budowę członową a poszczególne człony tworzą układy pneumatyczne rzeczywistych układów hamulcowych wagonów kolejowych

46 Widok stanowiska do badania układów sterowania hamulców kolejowych (stanowisko całopociągowe)

47 W skład pojedynczego członu stanowiska wchodzą następujące elementy: - przewód główny w postaci rury stalowej o średnicy 1 (wagony osobowe) lub 5/4 (wagony towarowe) zakończony kurkami końcowymi i sprzęgami hamulcowymi umożliwiającymi łączenie poszczególnych członów w celu zamodelowania pociągu, - wspornik zaworu rozrządczego, - zawór rozrządczy, - cylinder hamulcowy, - zbiornik pomocniczy, - zbiornik sterujący współpracujący z zaworem rozrządczym

48 W skład stanowiska wchodzi 20 członów reprezentujących wagony osobowe i 130 członów odpowiadających wyposażeniu hamulcowemu typowych wagonów towarowych 2 i 4 osiowych. Konstrukcja stanowiska umożliwia wymianę elementów pneumatycznych w zależności od aktualnych potrzeb badawczych np. w razie potrzeby przebadania nowego systemu hamulca lub badania współdziałania hamulca różnych systemów w obrębie jednego pociągu.

49 Na stanowisku można wykonywać m.in. następujące badania: szybkości i przebiegu fali hamowania, działania hamulca w poszczególnych wagonach (chwila rozpoczęcia napełniania cylindra hamulcowego, czas tego napełniania, ciśnienie w cylindrze) przy różnych spadkach ciśnienia w przewodzie głównym, różnej liczbie i usytuowaniu w pociągu wagonów z wyłączonym hamulcem oraz analogicznie działania hamulca podczas odhamowania, wpływu różnych zaworów rozrządczych (np. systemu Fablok, Knorr, Oerlikon, Sab Wabco) oraz sposobu ich obsługi na działanie hamulca,

50 Na stanowisku można wykonywać m.in. następujące badania: wpływu pojemności przewodu głównego na przebieg hamowania, różnic w czasie osiągania pełnej siły hamowania w poszczególnych wagonach w pociągu, różnic w wartości najwyższego ciśnienia w cylindrach hamulcowych w długich pociągach przy różnych sposobach hamowania, przebiegu hamowania i odhamowania (nagłego, I- go stopnia, służbowego, stopniowego, pełnego) długich pociągów,

51 Na stanowisku można wykonywać m.in. następujące badania: zachowania się hamulców w przypadku występowania nieszczelności przewodu głównego lub innych stanów awaryjnych, wpływu konstrukcji armatury hamulcowej (kurki końcowe, sprzęgi hamulcowe, średnica przewodu głównego) na zachowanie się hamulca w czasie hamowania i odhamowania, badania hamulca elektropneumatycznego.

52 Stanowisko całopociągowe wykorzystane jest również do badań homologacyjnych nowych systemów hamulcowych min. dla nowych konstrukcji zaworów rozrządczych, w tym sterowanych elektronicznie..

53 PODSUMOWANIE Instytut Kolejnictwa od początku swego istnienia prowadzi badania z zakresu hamowności i techniki hamulcowej pojazdów szynowych, dysponuje wysoko wykwalifikowaną kadrą i odpowiednią bazą stanowiskowo pomiarową. Pracownicy badawczy i inżynieryjno techniczni zajmujący się badaniami i oceną kolejowych układów hamulcowych i ich elementów śledzą na bieżąco rozwój techniki jak i zmiany przepisów mających zastosowanie przy ocenie, certyfikacji i dopuszczaniu do stosowania nowych rozwiązań w układach hamulcowych pociągów..

54 PODSUMOWANIE Stosowane techniki pomiarowe są stale unowocześniane w miarę postępu technicznego w tej dziedzinie. Wysoka jakość prowadzonych badań pozwoliła na uzyskanie uznania przez EBA badań w zakresie pojazdów szynowych wg UIC 540, UIC 541-5, UIC UIC 544-2, UIC 546 jak również uregulowań wg 32 EBO dotyczących oceny hamulca pojazdów szynowych przy odbiorze.

55 PODSUMOWANIE Laboratorium Badań Taboru Instytutu Kolejnictwa posiada również akredytację PCA na badania: - poprawności działania oraz parametrów eksploatacyjnych układów hamulcowych wyznaczanych metodą stacjonarną, - skuteczności hamulca wyznaczanej metodą ruchową, - odporności układu hamulcowego na obciążenie cieplne.

56 Dziękuję za uwagę