MODERNIZACJA KABIN STEROWNICZYCH POJAZDÓW SZYNOWYCH POD K TEM WSPÓ CZESNYCH WYMAGA ERGONOMII

Transkrypt

1 PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 98 Transport 2013 Jacek Krawczyk Instytut Pojazdów Szynowych Tabor MODERNIZACJA KABIN STEROWNICZYCH POJAZDÓW SZYNOWYCH POD K TEM WSPÓ CZESNYCH WYMAGA ERGONOMII R kopis dostarczono, kwiecie 2013 Streszczenie: W referacie dokonano przegl du kabin sterowniczych wybranych lokomotyw i stanowisk sterowniczych przed modernizacj, pokazano przebieg prac przy modernizacji kabin lokomotyw, zaprezentowano modele 3D kabin lokomotyw przed modernizacj i po modernizacji, pokazano modele 3D nowych stanowisk sterowniczych (konsola, dolna cz pulpitu) razem z fotelami oraz zaprezentowano widoki rzeczywistych lokomotyw po modernizacji wraz z kabinami i stanowiskami sterowniczych po modernizacji. S owo kluczowe: pulpit, kabina, lokomotywa 1. WST P Obecne eksploatowane na liniach kolejowych pojazdy szynowe takie jak lokomotywy liniowe, lokomotywy manewrowe, zespo y trakcyjne, autobusy szynowe znajduj si w ró norodnym stanie technicznym. redni wiek lokomotyw najwi kszych przewo ników na rynku pasa erskim, PKP Intercity oraz Przewozów Regionalnych aktualnie przekracza 26 lat. Na rynku przewozów towarowych na ogóln liczb eksploatowanych ~ 3500 lokomotyw, ~ 1600 mia o wi cej ni 30 lat a ~ 1700 mia o lat natomiast tylko ~150 by o w wieku lat, za kilkana cie lokomotyw (b d cych w posiadaniu PKP CARGO) nie przekroczy o 15 lat. Lokomotywy b d ce w posiadaniu prywatnych przewo ników (ponad 400 sztuk) to lokomotywy, których wiek przekracza 40 lat. Ze wzgl dów ekonomicznych nie jest mo liwa w krótkim czasie wymiana ca ego taboru, na nowy spe niaj cy aktualne wymagania i przepisy UIC-651, UIC-612 oraz odpowiednie normy PN. Wiele tych pojazdów ma ograniczone mo liwo ci eksploatacyjne lub jest dopuszczona do eksploatacji warunkowo, ze wzgl du na stan techniczny i warunki pracy obs ugi oraz wymagania rodowiskowe. Pozostaje wi c modernizacja.

2 346 Jacek Krawczyk Jednym z wa nych elementów lokomotyw jest kabina sterownicza. W starych kabinach lokomotyw warunki pracy maszynisty nie spe niaj ju wspó czesnych wymaga, odno nie ergonomii, komfortu klimatycznego i akustycznego oraz wyposa enia. Dlatego przy okazji modernizacji lokomotyw zachodzi konieczno gruntownej modernizacji kabin sterowniczych, stanowiska sterowniczego, pod ogi, wy o enia cian kabiny, o wietlenia, izolacji termicznej i akustycznej. Ponadto, kabina powinna by wyposa ona w urz dzenia socjalne jak szafki, kuchenki, umywalk oraz lodówk. Ca e wn trze kabiny powinno spe nia warunki wg UIC-651 oraz wymagania odpowiednich norm PN, za stanowisko sterownicze wymagania UIC-612. Stanowiska sterownicze musz by wyposa one w ergonomiczne fotele z mo liwo ci regulacji. 2. KABINY STEROWNICZE LOKOMOTYW PRZED MODERNIZACJ Kabiny sterownicze wybranych lokomotyw przed modernizacj wraz ze stanowiskami sterowniczymi, zebrano i uporz dkowano wg typów lokomotyw LOKOMOTYWA SPALINOWA 301DD (ST45) Lokomotywy powsta y pod koniec lat 60-tych. By y one przeznaczone do ruchu towarowego oraz pasa erskiego na niezelektryfikowanych liniach kolejowych. Rys. 1. Lokomotywa i kabina 301Dd (ST45) przed modernizacj 2.2. LOKOMOTYWA SPALINOWA 303D (ST46) Projekt tej lokomotywy powsta w 1972 roku jako rozwini cie konstrukcji lokomotywy 301Db (serii SP45). Lokomotywy powsta y w latach Wyprodukowano 52 sztuk lokomotyw a w roku 1985 wykonano jeszcze dwa zmodyfikowane egzemplarze. By y one przeznaczone do ruchu g ównie towarowego i pasa erskiego na niezelektryfikowanych liniach kolejowych.

3 Modernizacja kabin sterowniczych pojazdów szynowych pod k tem wspó czesnych 347 Rys. 2. Lokomotywa i kabina SU46 przed modernizacj 2.3. LOKOMOTYWA ELEKTRYCZNA 201E (ET22) Ogólne za o enia konstrukcyjne opracowano w latach , a pierwsze prototypy wyprodukowane zosta y w Pafawagu Wroc aw w 1969 a w roku 1972 ruszy a produkcja seryjna. S to lokomotywy przeznaczone do ci kich przewozów towarowych. Dla PKP wyprodukowano ogó em 1183 sztuk. Rys. 3. Lokomotywa i kabina 201E (ET22) przed modernizacj 2.4. LOKOMOTYWY SPALINOWE SP32 Lokomotywy SP32 powsta y w 1985 roku na zamówienie PKP i by y produkowane w Rumunii. Zosta y one przeznaczone do obs ugi lekkiego ruchu pasa erskiego. Wyprodukowano cznie dla PKP 150 sztuk tych lokomotyw. Lokomotyw t pokazano wraz ze stanowiskiem sterowniczym na rys. 4. Rys.4. Lokomotywa i kabina SP32 przed modernizacj

4 348 Jacek Krawczyk 2.5. LOKOMOTYWA SPALINOWA MANEWROWA SM42 Jest to podstawowa lokomotywa manewrowa spalinowa przeznaczona do ci kich prac manewrowych oraz prowadzenia poci gów. Zosta a zaprojektowana na prze omie lat 50 i 60-tych. Produkcja tej lokomotywy by a prowadzona do roku 1981 i zosta a wznowiona w niewielkim zakresie w 1985 roku. cznie wyprodukowano ponad 660 sztuk tych lokomotyw. Lokomotywy te s eksploatowane zarówno na torach PKP, zak adowych jak i stacyjnych. Do dzi stanowi podstawow lokomotyw manewrow w Polsce. Lokomotyw i wn trze kabiny z stanowiskiem sterowniczym przed modernizacj, przedstawiono na rysunku 5. Rys.5. Lokomotywa i kabina SM42 (6D) przed modernizacj 3. MODELE 3D LOKOMOTYW Z KABINAMI MASZYNISTY W celu opracowania nowych stanowisk sterowniczych i modernizacji kabiny, na podstawie dokumentacji technicznej (w postaci papierowej) utworzono modele 3D szkieletu pud a wraz z kabin w skali 1:1 (ostoja, szkielety cian, kabiny i poszycia). W modelu tym pomini to stare wy o enia, pulpity, ró ne instalacje (pneumatyczne, wodne i elektryczne), cz ci przyspawane, gdy w modernizowanych lokomotywach b d one wykonywane od pocz tku. Modele 3D poszczególnych lokomotyw przed modernizacj przedstawiono na rys Rys. 6. Model szkieletu lokomotywy i kabiny 301Dd (ST45) przed modernizacj

5 Modernizacja kabin sterowniczych pojazdów szynowych pod k tem wspó czesnych 349 Rys. 7. Model szkieletu lokomotywy i kabiny 303D (ST46) przed modernizacj Rys. 8. Model szkieletu lokomotywy i kabiny 201E (ET22) przed modernizacj Na podstawie dost pnej dokumentacji lokomotywy SP-32 wykonano model 3D szkieletu kabiny przedstawiony w rzucie aksonometrycznym i rozstrzelonym na rys. 9. Rys. 9. Model szkieletu kabiny lokomotywy SP32 przed modernizacj Modernizacja lokomotywy manewrowej SM42 (rys. 4), polega a na modernizacji w ograniczonym zakresie wózków i ostoi. Ca e nadwozie tj. kabina maszynisty i przedzia y maszynowe zosta y ca kowicie usuni te, w ich miejsce zosta o zabudowane ca kowicie nowe nadwozie wraz now kabin. Dlatego wykonano tylko wyj ciowy model ostoi przed modernizacj, przedstawiony na rys. 10. Rys.10. Widok na model szkieletu ostoi lokomotywy SM42 przed modernizacj

6 350 Jacek Krawczyk 4. PROJEKTY NOWYCH STANOWISK STEROWNICZYCH I MODERNIZACJA KABIN MASZYNISTY Na tak przygotowanych modelach 3D wykonano analizy przestrzenne zwi zane z kszta towaniem geometrii wyj ciowej pulpitu z rozmieszczeniem na niej urz dze wska nikowych i steruj cych zgodnie z aktualnymi wymaganiami i zasadami ergonomii. Ze wzgl du na z o one analizy przestrzenne, utworzono na bazie dokumentów UIC i norm, niektóre pomocnicze szablony z wymaganymi wymiarami, które nast pnie wykorzystano w tych analizach. Szablony przedstawiono poni ej. Szablon stref zasi gu r k na pulpicie Zbiorczy szablon uk adu fotel-pulpit i wymiarów antropometrycznych ze strefami zasi gu r k i polami postrzegania przyrz dów Szablon zalecanych stref rozmieszczania na pulpicie urz dze steruj cych i wska nikowych Rys.11. Szablony wykorzystane do analiz i tworzenia geometrii stanowiska sterowniczego Takie podej cie do projektowania umo liwi o analiz jednocze nie bardzo wielu z o onych informacji w ró nych aspektach, w rozs dnym czasie i usprawni o proces kszta towania konstrukcji pulpitu oraz zabudowy urz dze pulpitowych. Mo liwe sta o si równie wykrywanie i eliminowanie kolizji mi dzy elementami sk adowymi pulpitu na etapie koncepcji, bez konieczno ci budowy prototypu pulpitu celem weryfikacji. Struktura stanowiska sterowniczego by a kszta towana wraz z zabudow ró norodnych urz dze steruj cych, aparatów elektrycznych, urz dze wska nikowych i pomocniczych, zarówno na pulpicie jak i pod pulpitem. Tak ukszta towan geometri wyj ciow stanowiska sterowniczego sprawdzono pod wzgl dem widoczno ci sygna ów wysokich i niskich wg wymaga UIC-651. Rys.12. Warunki widoczno ci szlaku wg karty UIC 651 i normy PN-90/K-11001:1990

7 Modernizacja kabin sterowniczych pojazdów szynowych pod k tem wspó czesnych 351 W efekcie tych prac powsta y prototypy wirtualne w postaci modeli 3D, zawieraj ce praktycznie wszystkie niezb dne dla konstruktora informacje, wyst puj ce w rzeczywistym prototypie fizycznym, zmodernizowanych kabin lokomotyw wraz ze stanowiskami sterowniczymi i wyposa eniem kabiny. Modele kabin i stanowisk sterowniczych przedstawiono na rys Rys. 13. Model kabiny i stanowiska sterowniczego lokomotywy 301Dd (ST45) po modernizacji Rys. 14. Model kabiny i stanowiska sterowniczego lokomotywy 303D (ST46) po modernizacji Rys. 15. Model kabiny i stanowiska sterowniczego lokomotywy 201Em (ET 22) po modernizacji Rys. 16. Model kabiny i stanowiska sterowniczego lokomotywy SP32 po modernizacji

8 352 Jacek Krawczyk Rys. 17. Model lokomotywy i kabiny 6Di oraz stanowiska sterowniczego po modernizacji Na podstawie tych modeli zosta a wykonana kompletna dokumentacja techniczna dla modernizacji w/w lokomotyw. 5. PREZENTACJA ZMODERNIZOWANYCH LOKOMOTYW Na rys przedstawiono uporz dkowane wg typów, zmodernizowane lokomotywy, ich kabiny sterownicze wraz z nowymi stanowiskami sterowniczymi maszynisty. Rys. 18. Lokomotywa 301Dd (ST45) wraz z kabin oraz i stanowiskiem sterowniczym po modernizacji

9 Modernizacja kabin sterowniczych pojazdów szynowych pod k tem wspó czesnych 353 Rys. 19. Lokomotywa 303D (ST46) wraz z kabin i stanowiskami sterowniczymi po modernizacji Rys. 20. Lokomotywa 201Em (ET22) wraz z kabin i stanowiskiem sterowniczym po modernizacji Rys. 21. Lokomotywa SP 32 wraz z kabin i stanowiskiem sterowniczym po modernizacji Lokomotywa modernizowana SM42 jako 6Di przedstawiona jest tylko w postaci modelu na rys. 17, gdy obecnie trwaj prace przy budowie prototypu. 6. PODSUMOWANIE Zaprezentowany zakres modernizacji wybranych lokomotyw, szczególnie kabin maszynisty, zmienia ca kowicie warunki pracy maszynistów i pomocników. Urz dzenia steruj ce o dzia aniu bezpo rednim (analogowe) zosta y zast pione urz dzeniami o dzia aniu po rednim (zadajnikami sygna ów elektrycznych), które s

10 354 Jacek Krawczyk nadzorowane przez komputer pok adowy, dzi ki temu zmniejszy a si mo liwo pope nienia b dów przez maszynist. Nast pi o wyra ne rozdzielenie poziomów informacyjnych i wykonawczych, co radykalnie poprawi o warunki interakcji cz owiek-maszyna i zwi kszy o bezpiecze stwo ruchu. Zmniejszenie konieczno ci koncentracji uwagi na wskazaniach przyrz dów, umo liwi o maszyni cie spokojn obserwacj sytuacji na szlaku kolejowym. Kszta t stanowiska sterowniczego pozbawiony jest jakichkolwiek ostrych kraw dzi, kantów i naro ników, co eliminuje mo liwe urazy i skaleczenia, Wprowadzenie klimatyzacji i nowoczesnej wentylacji poprawi o znacznie mikroklimat i komfort termiczny w kabinie, a tym samym warunki pracy maszynisty. Kszta t i geometria uk adu pulpit fotel umo liwia atwe wsiadanie i wysiadanie oraz zapewnia dostateczn swobod ruchu kolan i ud, nawet w przypadku obrotu fotela, u atwia wykonanie czynno ci sterowniczych zgodnie z granicami zasi gu r k (wg karty UIC-651), zapewniaj c prawid ow prac maszynisty w pozycji siedz cej i stoj cej. Dzi ki nowym izolacjom cian bocznych, sufitu oraz nowej konstrukcji i izolacji pod ogi, uzyskano znaczne obni enie poziomu ha asu w kabinie. Wyposa enie kabiny w urz dzenia socjalne, lodówk, umywalk, urz dzenie do podgrzewania posi ków (kuchenk lub mikrofalówk ), schowki i szafki ubraniowe poprawi o komfort pracy maszynisty oraz pomocnika. Dzi ki tym dzia aniom uzyskano zmniejszenie obci enia fizycznego i psychicznego maszynisty, a tak e zwi kszenie bezpiecze stwa obs ugi lokomotywy, a tym samym zwi kszenie bezpiecze stwa ruchu kolejowego, jak równie nowe estetyczne stanowisko pracy maszynisty. Bibliografia 1. Krawczyk J., Guzikowski D., Mockiewicz K.: Opracowanie wytycznych dla kabin maszynisty lokomotywy o pr dko ci 200km/h w zakresie ergonomii kabiny i fotela maszynisty w powi zaniu z wymaganiami funkcjonalnymi. Opracowanie OR OBRPS-Pozna Krawczyk J., Guzikowski D.: Wytyczne do konstrukcji kabiny maszynisty spe niajacej najnowsze wymagania ergonomiczne. Opracowanie OR OBRPS-Pozna Marciniak Z., Krawczyk J. Kabiny sterownicze nowoczesnych lokomotyw, ergonomia, bezpiecze stwo i warunki pracy obs ugi. Materia y z Konferencji Ergonomia W rodkach Transportu. Warszawa, kwiecie Kabina maszynisty lokomotywy elektrycznej dwukabinowej. Podstawowe wymagania, bezpiecze stwo pracy i ergonomii. Norma PN-90/K Warszawa Ukszta towanie kabin maszynisty lokomotyw, wagonów silnikowych, zespo ów trakcyjnych i wagonów sterowniczych. Karta UIC-651 wyd. 2 Pary Dokumentacja Techniczno Ruchowa lokomotywy spalinowej typu 303Da serii ST46 Opis techniczny. Opracowanie 303Da , IPS TABOR Pozna, Marciniak Z., Michalak P.; Nowe oraz zmodernizowane uk ady i zespo y w modernizowanej lokomotywie spalinowej typu 303D serii SU46, Pojazdy Szynowe 2012, nr 1.

11 Modernizacja kabin sterowniczych pojazdów szynowych pod k tem wspó czesnych 355 MODERNIZATION OF CONTROL CABS OF RAIL VEHICLES PAYING SPECIAL ATTENTION TO THE MODERN ERGONOMIC REQUIREMENTS Summary: The control cabs of the selected locomotives and the control stands before modernization are reviewed in this paper. The progress of works on the modernization of locomotive cabs is also shown. 3D models of locomotives before modernization and after it are presented as well as 3D models of new control stands (console, the lower part of the driver s desk) with armchairs are given. The views of the real locomotives after modernization with the cabs and the control stands after modernization are presented. Keywords: driver s desk, cab, locomotive