"Rola badań ram wózków pojazdów szynowych w procesie certyfikacji taboru kolejowego"

Transkrypt

1 Laboratorium Badań Materiałów i Elementów Konstrukcji Instytutu Kolejnictwa "Rola badań ram wózków pojazdów szynowych w procesie certyfikacji taboru kolejowego" dr inż. Dariusz Kowalczyk Warszawa

2 ZDJĘCIA POJAZDÓW SZYNOWYCH fot. D.Kowalczyk Pendolino, WE31, EN-62, Lokomotywa E4MSU NEWAG GLIWICE.

3 Fot. D.Kowalczyk TRACO 2013 Pendolino i E4MSU ( z ramą wózka 140ECEL)

4 PRACA

5 Wyjaśnienie pojęć podstawowych. TRANSPORT SZYNOWY, WÓZEK, RAMA WÓZKA. Transport szynowy przewóz osób środkiem transportu poruszającym się po szynach lub torach kolejowych, w tym tramwajem lub metrem [1]. Do transportu szynowego zaliczyć możemy transport pasażerski, transport towarowy, metro, tramwaje, autobusy szynowe, itp. W ramach poszczególnych grup można wymieniać różnego rodzaju pojazdy szynowe ich konstrukcje i rozwiązania wynikają z indywidualnych potrzeb i przeznaczenia. Np.: w transporcie pasażerskim w Polsce : EN-57, ELFY EZT, 35WE, ED74, E09, E4MSU, Inspiro -SIMENS, Swing, Stadler FLIRT, Pendolino. Są to przykładowe pojazdy szynowe różniące się celem zastosowania przeznaczeniem użytkowania, a tym samym budową konstrukcji pojazdu. Elektryczny zespół trakcyjny (EZT) zespół trakcyjny o własnym napędzie elektrycznym, składający się z dwóch członów sterowniczych na obu końcach oraz ewentualnych członów pośrednich. Poszczególne człony nie mogą być rozłączane w warunkach eksploatacyjnych. Zwykle możliwe jest łączenie całych pojazdów tego samego typu w trakcję ukrotnioną. [1] Dz. U. z 2011 r. Nr 5, poz. 13.

6 Lokomotywa E4MSU LOKOMOTYWA E4MSU wyprodukowana przez NEWAG GLIWICE

7 Wózek lokomotywy E4MSU Układ napędowy usprężynowanie Zestaw kołowy amortyzator hamulec Wózek lokomotywy E4MSU piasecznica

8 Urząd Transportu Kolejowego Dopuszczenia do eksploatacji [1] W polskim systemie prawnym, dopuszczenia do eksploatacji reguluje ustawa z dnia 28 marca 2003 roku o transporcie kolejowym (tekst jednolity: Dz. U r. Nr 16, poz. 94 z późn. zm.) oraz wiążące się z nią rozporządzenia precyzujące kwestie związane z tym procesem. Świadectwa dopuszczenia do eksploatacji typu W polskim systemie prawnym, dopuszczenia do eksploatacji reguluje ustawa z dnia 28 marca 2003 roku o transporcie kolejowym (tekst jednolity: Dz. U r. Nr 16, poz. 94 z późn. zm.), zwanej dalej ustawą, oraz wiążące się z nią rozporządzenia precyzujące kwestie związane z tym procesem. W celu uzyskania świadectwa dopuszczenia do eksploatacji typu należy złożyć wniosek do Prezesa Urzędu Transportu Kolejowego, musi on zawierać wszelkie dane umożliwiające identyfikację wnioskodawcy, tj. pełną nazwę i adres podmiotu, przedmiot działalności zgodnie z KRS, NIP, nr KRS, nazwę wyrobu, wykaz załączonych dokumentów umożliwiający ich identyfikację [pełną nazwę dokumentu, znak (numer), pełną nazwę podmiotu, który opracował ten dokument, datę, itd.]. Zgodnie z art. 23 ust. 6 ustawy dokumenty i informacje przedstawiane Prezesowi UTK przedkładane są w języku polskim. Zgodnie z 2 pkt 2 rozporządzenia Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 7 sierpnia 2012 r. w sprawie świadectw dopuszczenia do eksploatacji typu (Dz. U., poz. 919) do wniosku należy załączyć: [1]

9 Urząd Transportu Kolejowego 3. W zakresie dotyczącym typu pojazdu kolejowego: wyniki badań typu pojazdu kolejowego przeprowadzonych przez jednostkę upoważnioną; dokumentację techniczną, w tym: a) warunki techniczne wykonania i odbioru, b) dokumentację techniczno-ruchową, c) porozumienie w sprawie wykonania prób eksploatacyjnych, którego wzór określa załącznik nr 1 do powyżej cytowanego rozporządzenia, wraz z ich programem w przypadku nowych typów pojazdów kolejowych lub konieczności przeprowadzenia prób eksploatacyjnych, d) opinię techniczną wydaną przez zarządcę infrastruktury lub podmiot, o którym mowa w art. 23 ust. 2 ustawy w przypadku typów pojazdów kolejowych po przeprowadzonych próbach eksploatacyjnych, e) opinię jednostki upoważnionej, f) opinię Transportowego Dozoru Technicznego w zakresie urządzeń technicznych podlegających dozorowi technicznemu. g) dokument potwierdzający wniesioną opłatę wstępną w wysokości określonej rozporządzeniem Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 2 maja 2012 r. w sprawie czynności wykonywanych przez Prezesa Urzędu Transportu Kolejowego, za które pobierane są opłaty, oraz wysokości tych opłat i trybu ich pobierania (Dz. U. poz. 559 z późn. zm.). Opłatę należy wnieść na konto bankowe Urzędu Transportu Kolejowego: Opłaty dokonywane spoza granic Polski należy wnieść na konto: PL , SWIFT/BIC NBPLPLPW. [1]

10 Aby pojazd szynowy został dopuszczony do eksploatacji na terenie Unii Europejskiej, niezbędne jest uzyskanie Świadectwo dopuszczenia do eksploatacji typu wydawane przez odpowiednie urzędy w tym np.: Urząd Transportu Kolejowego potwierdzających zdolność i bezpieczeństwo pojazdu do poruszania się po szlakach kolejowych (w Polsce, UE). Producent nowego pojazdu (lub pojazdu modernizowanego) musi poddać go sprawdzeniu w niezależnej jednostce badawczej posiadającej odpowiednie uprawnienia do przeprowadzenia danego zakresu badań. Instytut Kolejnictwa jest jednostką notyfikowaną NB 1467 do Dyrektywy 2008/57/WE o interoperacyjności europejskiego systemu kolei. Notyfikacja bezterminowa [2] Proces dopuszczenia obejmuje następujące działania : Określenie wymagań, kryteria stawiane konstrukcji (np.: ramy wózka): karty UIC, TSI, Normy lub inne dokumenty Wykonanie badań w jednostce niezależnej i upoważnionej do wykonywania badań danego typu Wykonanie badań w jednostce upoważnionej do badań, specjalizującej się w danej dziedzinie, posiadającej akredytowany zakres badań przez PCA Ocena wyników badań Przygotowanie całej dokumentacji z badań i przekazanie jej do UTK Końcowa ocena przez UTK. Źródło : [2] -

11 Temat : Ocena wytrzymałości pudła ezt EW55 po długoletniej eksploatacji autor pracy dr inż.. Adam Legat, czerwiec 1988r. Centrum Naukowe Techniczne Kolejnictwa, Zakład Badań Materiałów i Elementów Konstrukcji. Wg pracy podczas badań na nowej konstrukcji dla siły 1,5 MN z instalacji tensometrycznej uzyskano naprężenia: 112,146,166 MPa.

12 Obliczenia MES dla profilu ramy pojazdu EW55 Z obliczeń MES/FEM uzyskano dla pełnego profilu (80mm ścianka) zgodnego z dokumentacją w pracy 190 MPa (rys.1-góra) Z obliczeń MES/FEM uzyskano dla pełnego profilu zgodnego z dokumentacją w pracy 220 MPa (rys.2-środek) Z obliczeń MES/FEM uzyskano dla profilu który uległ korozji (lokalnie 4.92 mm! ) tj. naprężenia 270 MPa (rys.3-dół) Re materiału = 275 MPa.

13 Badania obejmują analizę zagadnienia pracy konstrukcji określenie pracy ramy wózka Przygotowanie programu badań konstrukcji (badania statyczne i zmęczeniowe) Zaprojektowanie oprzyrządowania do badań które ma na celu imitacje pracy ramy w normalnych warunkach eksploatacji i umożliwiająca właściwe zamocowanie jej na stanowisku badawczym Wykonanie oprzyrządowania Dokonanie analizy pracy konstrukcji w programach MES / FEM w celu wytypowania miejsc o największej koncentracji naprężeń Zaprojektowanie i wykonanie instalacji tensometrycznej, która posłuży do oceny naprężeń w ramie podczas badań statycznych i badań zmęczeniowych Badania statyczne i badania zmęczeniowe Analiza i ocena wyników badań

14 Badania : Oględziny konstrukcji ramy na zgodność wykonania z dokumentacją Badania statyczne obejmujące : - badania eksploatacyjne - badania przy obciążeniach występujących wyjątkowo w eksploatacji - badania statyczne obciążenia lokalne: obciążenia od układu napędowego, obciążenia od układu hamulcowego, obciążenia od amortyzatorów, Obciążenia od jazdy po małym łuku, - badania statyczne inne np.: badania zgarniacza Badania zmęczeniowe : etap I, etap II, etap III Badania metodą magnetyczno proszkową złącz spawanych.

15 Co jest celem badań? Celem pełnych badań jest określenie poprawności wykonania konstrukcji ramy (jako jednego z ważniejszych elementów pojazdu, a tym samym za bezpieczeństwo na szlaku drogowym drogi kolejowej). Czy jest to konstrukcja bezpieczna i prawidłowo wykonana i czy spełnia wymagania TSI, norm (EN-PN), kart UIC, innych dokumentów itp. Indywidualna niezależna analiza pracy konstrukcji. Ocena ramy dotyczy: wykonania projektu, technologii wykonania konstrukcji, jakości wykonania połączeń spawanych, stosowanych materiałów, pracy konstrukcji w okresie kilkudziesięciu lat (20-30 lat). Celem badań jest uzyskanie szerokiego spektrum informacji o konstrukcji i właściwej oceny, aby konstrukcja ramy była bezpieczna w warunkach wieloletniej eksploatacji. Np.: TSI Tabor lokomotywy i tabor pasażerski w transeuropejskim systemie kolei konwencjonalnych (dokument notyfikowany nr C(2011) 2737). - UIC Code st edition , TSI

16 Badania eksploatacyjne lokalne obciążenia od hamulca Badania statyczne - przykłady

17 Przyszłość, perspektywy, plany Ultraszybka kolej magnetyczna powstanie w Japonii Kolej magnetyczna to rozwiązanie technologiczne, które obecnie pozwala stworzyć najszybsze połączenia kolejowe naświecie. Pociąg, zamiast jeździć po torach, unosi się dzięki elektromagnesom, które znacznie ograniczą tarcie i pozwalają na rozwijanie większych prędkości. Najbardziej znaną tego typu koleją jest ta znajdująca się w Chinach cała trasa mierzy na razie 30 km i pokonywana jest w 7 minut. Plany Japończyków są znacznie bardziej ambitne. Budowę sieci kolei magnetycznej zaplanowano już dawno w 2014 roku ruszą prace konstrukcyjne. Co prawda spora część trasy jest już gotowa, jednak sporo czasu i pieniędzy pochłonie jeszcze budowa kilku tuneli. Finał inwestycji planowany jest na 2027 roku. Ma ona kosztować równowartość 112 miliardów dolarów. Planowane trasy będą przebiegały z Tokio do Nagoi oraz z Tokio do Osaki (ta druga ukończona będzie dopiero w 2045 roku). Na trasach pociągi będą osiągać prędkość ok. 500 km/h, więc podróż na trasie Tokio-Osaka (to mniej więcej tyle co z Krakowa do Gdańska) zajmie nieco ponad godzinę. Nawet w takich konstrukcjach musi być jakaś rama! Źródło :

18 Wnioski Badania ram wózków są bardzo ważnymi badania w całym procesie certyfikacji pojazdu Rama wózka jest konstrukcją mającą bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo Badania ram wózków są niezbędnym w procesie uzyskanie Świadectwa dopuszczenia do eksploatacji typu. Cel optymalizacja masy pojazdu przy zachowaniu wysokiego poziomu bezpieczeństwa wprowadzenie nowych technik pomiarowych, badawczych w celu lepszej oceny konstrukcji i jakości jej wykonania.

19 Dziękuję.