technika Marek Kaniewski, Wiesław Majewski, Artur Rojek Rozjazdy sieciowe konstrukcje i badania 3/

Transkrypt

1 Marek Kaniewski, Wiesław Majewski, Artur Rojek Rozjazdy sieciowe konstrukcje i badania Na liniach zelektryfikowanych, nad rozjazdami torowymi muszą być umieszczane rozjazdy sieciowe, które umożliwiają przejazdy lokomotyw z podniesionym pantografem, z jednego toru na drugi tor przez tor rozjazdowy lub na wprost po torze głównym. Na PKP rozjazdy torowe, i w związku z tym również sieciowe, budowane są tylko na stacjach. W innych zarządach kolejowych rozjazdy są budowane również na szlaku. technika Konstrukcje W Polsce stosowane są dwa typy rozjazdów sieciowych. Konstrukcja pierwszego z nich, powszechna prawie na całej PKP, wygląda w następujący sposób: przewód jezdny zawieszony nad torem rozjazdowym krzyżuje się z przewodami jezdnymi toru głównego. Przewód jezdny sieci rozjazdowej znajduje się powyżej przewodów jezdnych sieci toru głównego. Krzyżujące się przewody jezdne związane są ze sobą specjalnym połączeniem mechanicznym (rys. 1). Lina nośna sieci jezdnej toru rozjazdowego umieszczona jest powyżej liny nośnej toru głównego. Liny nośne są połączone elektrycznie dodatkową liną. Sieć toru rozjazdowego jest kotwiona niezależnie od sieci torów głównych. Ponieważ odcinek sieci toru rozjazdowego jest stosunkowo krótki, wystarczające jest jego jednostronne naprężanie typowym urządzeniem ciężarowym. Dla dokonania podziału elektrycznego między sieciami torów głównych, w przewód jezdny toru rozjazdowego wmontowany jest izolator sekcyjny (według BN-82/ ), a w linie nośnej izolator cięgnowy (według BN-75/ ). Skrzyżowanie przewodów jest projektowane mniej więcej w połowie odległości przęsła zawieszenia między dwoma konstrukcjami wsporczymi. Jako przykład zastosowania przedstawiono rozwiązanie konstrukcyjne rozjazdu nr 47 w stacji Korytów na linii CMK [2]. W tym przypadku przęsło miało długość 70 m i było zbudowane według planu przedstawionego na rysunku 2. Rozjazd torowy cechuje się następującymi parametrami: skos 1:18,5 i promień łuku 1200 m. Pod wpływem doświadczeń eksploatacyjnych rozwiązanie to starano się zmodyfikować. Zmiany polegały na mechanicznym, wzajemnym powiązaniu przewodów sieci toru głównego z przewodami sieci toru rozjazdowego tak, by przejeżdżający pantograf pod jedną siecią unosił jednocześnie przewody drugiej sieci. Autorom znane są dwa takie rozwiązana. W pierwszym, przewód jezdny toru rozjazdowego połączono sztywnym wieszakiem z liną nośną toru głównego. W drugim rozwiązaniu sztywny wieszak łączył przewody jezdne sieci toru głównego z liną nośną sieci toru rozjazdowego. Konstrukcja drugiego typu rozjazdu jest przestrzennym układem lin nośnych i przewodów jezdnych wzajemnie nie krzyżujących się. Stworzono ją na potrzeby PKP przy budowie sieci trakcyjnej na liniach dużej prędkości i zastosowano po raz pierwszy na linii CMK w stacji Psary. Parametry rozjazdów torowych są następujące: skos 1:12 i promień łuku 500 m oraz skos 1:18,5 i promień łuku 1200 m. Konstrukcję sieci w miejscu skrzyżowania pokazano na rysunku 3. Rozjazd został zbudowany według planu przedstawionego na rysunku 4. W pobliżu punktu matematycznego rozjazdu torowego postawiono konstrukcję wsporczą (bramkę), pod którą w torze głównym została podwieszona sieć jezdna o maksymalnym odsuwie skrajnego przewodu jezdnego wynoszącym 360 mm. Odległość między przewodami jezdnymi została zmniejszona do 30 mm (normalnie 80 mm). Na tej samej bramce, na oddzielnym wysięgniku, została podwieszona też sieć jezdna toru rozjazdowego składająca się z dwóch przewodów jezdnych i liny nośnej. Przewody jezdne sieci rozjazdowej zawieszono w takiej odległości od osi toru głównego, by ślizgacz pantografu prze jeżdżającego po torze głównym nie stykał się z nimi. Sieć jezdna toru rozjazdowego jest niezależnie kotwiona od sieci toru głów nego i naprężona jednostronnie urządzeniem ciężarowym. Rys. 1. Rozjazd sieciowy ze skrzyżowanym przewodem jezdnym 1 - przewody jezdne sieci toru głównego, 2 - przewód jezdny sieci toru rozjazdowego, 3 - liny nośne sieci toru głównego, 4 - lina nośna sieci toru rozjazdowego, 5- połączenie elektryczne, 6 - połączenie mechaniczne przewodów jezdnych sieci toru rozjazdowego i głównego Rys. 2. Plan rozjazdu sieciowego ze skrzyżowanymi przewodami jezdnymi 3/

2 Przewody jezdne toru głównego i rozjazdowego nie stykają się ze sobą, ale są zawieszone w jednym poziomie tak, by pantograf bez wstrząsów mógł przejeżdżać z toru głównego na tor rozjazdowy. Liny nośne są połączone elektrycznie dodatkową liną. Podziału elektrycznego w przewodach jezdnych dokonano za pomocą izolatora sekcyjnego (według BN-82/ ), a w linie nośnej za pomocą izolatora cięgnowego (według BN-75/ ). W sieciach jezdnych kolei włoskich stosowane są rozjazdy sieciowe bez izolatorów dzielczych. Zamiast izolatorów dzielczych jako podział elektryczny zastosowano tzw. przerwę powietrzną. Rys. 3. Rozjazd sieciowy na stacji Psary 1 - przewody jezdne sieci toru głównego, 2 - przewody jezdne sieci toru rozjazdowego, 3 - liny nośne sieci toru głównego, 4 - lina nośna sieci toru rozjazdowego Rozwiązanie konstrukcyjne przedstawiono w opracowaniu [4]. Plan jego pokazano na rysunku 5. Rozjazd ma długość 218 m, co pozwala na przejazd przez niego pociągów z dużą prędkością. Przerwa powietrzna wynosi 400 mm jak w izolowanym przęśle naprężenia. W obrębie rozjazdu, nad torami głównymi odsuw przewodów jezdnych wynosi 200 mm, jak na całej sieci jezdnej. Przewody jezdne w obu torach głównych prowadzone są względem siebie równolegle (odsuw w tę samą stronę). W torze rozjazdowym odsuw jest zróżnicowany i wynosi od 150 do 250 mm. Przy jeździe na wprost po torach głównych pantograf nie styka się z siecią toru rozjazdowego, ponieważ przewody toru rozjazdowego wiszą powyżej przewodów toru głównego. Różnica wysokości wynosi około 50 mm. Wysięgniki utrzymujące przewody jezdne w stałym położeniu są umieszczone na wspólnych bramkach. Rozwiązanie to wymaga precyzyjnej regulacji poziomów zawieszenia przewodów jezdnych toru głównego i rozjazdowego. W przeciwnym przypadku mogą wystąpić problemy ze współpracą pantografu i przewodu jezdnego przy przejeździe z toru rozjazdowego na tor główny. Badania W opracowaniu [2] podano wyniki badań rozjazdów ze skrzyżowanymi przewodami jezdnymi. Wykonano badania statyczne badanego odcinka sieci trakcyjnej i pantografu 5ZL (z nakładkami miedzianymi) oraz badania współpracy tych elementów w warunkach dynamicznych. Przed rozpoczęciem badań dynamicznych stan pantografu i sieci trakcyjnej był następujący: średnia wartość nacisku statycznego pantografu wynosiła 90 N i spełniała wymagania normy (PN-K-91001), maksymalna różnica wysokości zawieszenia prze- Rys. 4. Plan sieci jezdnej rozjazdu na stacji Psary Rys. 5. Plan sieci jezdnej rozjazdu z przerwą powietrzną 60 3/2005

3 wodów jezdnych sieci w torze głównym mierzona między konstrukcjami wsporczymi wynosiła 30 mm. Stwierdzono: zwis wstępny przewodów jezdnych o wartości około 1, i ich odsuw wynoszący 300 ±20 mm, długość przęseł sieci toru głównego równą 70 m, właściwe rozmieszczenie wieszaków. Na podstawie otrzymanych wyników badań statycznych stwierdzono, że regulacja sieci jezdnej została wykonana prawidłowo i zgodnie z dokumentacją. Na podstawie pomiarów obliczono wartości elastyczności w przęśle z rozjazdem sieciowym. Jej maksymalna wartość występowała w połowie długości przęsła i wynosiła 3,2 mm/dan, minimalna występowała pod konstrukcją wsporczą i wynosiła 1 mm/dan, a w miejscu skrzyżowania przewodów jezdnych wynosiła od 1,8 mm/dan dla rozwiązania według katalogu CBP BBK do 2 mm/dan dla rozwiązania zmodyfikowanego. Przebieg elastyczności wzdłuż przęsła rozjazdowego przedstawiono na rysunku 6. Obliczony współczynnik nierównomierności elastyczności wynosił około 52%, przyjmując do obliczeń maksymalną w przęśle i minimalną pod skrzyżowaniem przewodów. Zarówno współczynnik nierównomierności elastyczności, jak i wartość elastyczności w miejscu skrzyżowania przewodów znacznie odbiegały od wartości normatywnych. Skrzyżowanie przewodów tworzy sztywny punkt w sieci jezdnej. Podczas badań dynamicznych rozjazdu dokonano jazd na wprost po torze głównym z prędkością od 100 do 165 km/h oraz jazd z toru rozjazdowego na tor główny z prędkością 80 i 100 km/h. Stwierdzono, że dla prędkości jazdy 165 km/h występowały iskrzenia między ślizgaczem a przewodami jezdnymi w miejscu skrzyżowania przewodów jezdnych w rozjeździe (siła stykowa wynosi około 0 N). Uznano, że konstrukcja ta nie pozwala na jazdę z prędkością powyżej 160 km/h. Wprowadzone modyfikacje rozjazdu pogarszały lub nie poprawiały współpracy pantografu z siecią jezdną w obszarze rozjazdów. W opracowaniu [1] podano wyniki przeprowadzonych w stacji Psary badań rozjazdów z nie krzyżującymi się przewodami. Jak poprzednio przeprowadzono badania statyczne pantografu i sieci jezdnej oraz dynamicznej współpracy tych elementów. Zbadano po cztery rozjazdy w torze 1 i 2. Podczas badań dynamicznych sieć jezdna współpracowała z odbierakiem o symetrycznej konstrukcji ramion i nakładkach kompozytowych (metalo-węglowych) zamontowanym na lokomotywie VUŻ (odpowiednik CNTK w Czechach). Masa tego ślizgacza wynosiła 18,8 kg. Średnia wartość nacisku statycznego w zakresie roboczym pantografu wynosiła 71 N i spełniała wymagania normy PN-K Maksymalna różnica wysokości mierzona między konstrukcjami wsporczymi w pobliżu rozjazdów wynosiła 170 mm. Stwierdzono zwis wstępny przewodów jezdnych na odcinku badanym około 2, odsuw: ±400 mm w obrębie rozjazdów i 200 mm w innych miejscach stacji, naciąg w 2 przewodach jezdnych toru głównego wynosił 21,2 kn, długość przęseł toru głównego była zgodna z podaną w dokumentacji. Na podstawie pomiarów obliczono wartości elastyczności w przęśle toru głównego w obszarze rozjazdu sieciowego. Jej maksymalna wartość wynosiła technika Elastyczność [mm/dan] Droga [m] Rys. 6. Elastyczność sieci w przęśle z rozjazdem sieciowym o skrzyżowanych przewodach jezdnych U [kv] 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 4,33 mm/dan (w połowie przęsła), minimalna około 1 mm/dan (pod konstrukcją wsporczą). Współczynnik nierównomierności elastyczności wyniósł 62%. Na podstawie otrzymanych wyników badań statycznych można stwierdzić, że prawidłowo został wykonany: naciąg przewodów jezdnych i lin nośnych, odsuw przewodów jezdnych, długości przęseł zawieszenia. Nieprawidłowa była regulacja wysokości zawieszenia przewodów jezdnych, zwis wstępny przewodów i współczynnik nierównomierności elastyczności. Badania dynamiczne były wykonywane przy jeździe na wprost przez rozjazdy z prędkościami od 160 do 200 km/h i przy jeździe z toru rozjazdowego na tor z prędkościami 60 lub 100 km/h (w zależności od typu rozjazdu). Podczas jazd na wprost przez rozjazdy, mierząc wartość napięcia na odbieraku prądu stwierdzono dwa przypadki na 51, w których napięcie spadło poniżej 2100 V przez czas równy 20 i 40 ms. Przykładowy przebieg spadku napięcia pokazano na rysunku 7. Podczas jazd z toru rozjazdowego na tor główny stwierdzono przerwy styku przy każdym przejeździe pod izolatorem sekcyjnym. Gdy prędkość jazdy pod izolatorem wynosiła 100 km/h, czas przerwy styku wynosił od 100 do 360 ms. Dla prędkości jazdy 60 km/h czas przerwy styku wahał się od 50 do 150 ms. Przykładowy przebieg napięcia pokazano na rysunku 8. Przerwy styku powodowały zanik napięcia w jadącym za lokomotywą wagonie pomiarowym, który był wagonem pasażerskim Czas [s] Rys. 7. Przebieg napięcia na pantografie podczas przejazdu pod rozjazdem sieciowym na wprost, v = 160 km/h 3/

4 dostosowanym do jazdy z prędkością 200 km/h. Stwierdzono zaniki napięcia w przetwornicy statycznej zasilającej oświetlenie i klimatyzację. Właściwa praca tych urządzeń powróciła samoczynnie po upływie kilku minut. Na podstawie otrzymanych wartości i przebiegów ugięcia ślizgacza i dynamicznej wysokości przewodów jezdnych można stwierdzić, że dynamiczna wysokość przewodów jezdnych jest wymuszona przez sposób zawieszenia przewodów jezdnych i zmiany elastyczności sieci jezdnej. Stwierdzono, że podczas jazd na wprost przez rozjazdy dynamiczna wysokość przewodów jest prawidłowa. Natomiast przy jeździe z toru na tor kształt dynamicznej wysokości wykazuje oderwania ślizgacza odbieraka od przewodu jezdnego przy przejeździe pod izolatorem sekcyjnym. Przykładowy przebieg wysokości dynamicznej przy jeździe z toru rozjazdowego na tor główny pokazano na rysunku 9. Z wyników analizy obrazu TV współpracy odbieraka prądu z siecią jezdnej wynika, że: podczas jazd przez rozjazdy na wprost współpraca pantografu i przewodami była poprawna (pantograf współpracował tylko z przewodami toru głównego, nie współpracował z przewodami toru rozjazdowego); podczas jazd przez rozjazdy z toru rozjazdowego na tor główny, przed dojazdem do izolatora sekcyjnego następowało iskrzenie, następnie zapalenie się łuku między rożkami izolatora i odbicie ślizgacza od przewodu jezdnego; maksymalny czas oderwania wyniósł 450 ms; odbicia były wielokrotne i podczas nich ślizgacz obracał się skośnie maksymalnie o kąt około 45 zjawisko to pokazano na fotografiach od 1 do 4. Fot. 1. Obraz ślizgacza pantografu współpracującego z siecią jezdną pod izolatorem sekcyjnym, v = 100 km/h U [kv] 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 Napięcie Rozjazdy 0,5 0 71,0 71,5 72,0 72,5 73,0 73,5 74,0 74,5 75,0 75,5 76,0 76,5 77,0 77,5 78,0 78,5 79,0 79,5 80,0 Czas jazdy [s] Rys. 8. Przebieg napięcia na pantografie podczas przejazdu pod rozjazdem sieciowym Fot. 2. Obraz obróconego ślizgacza pantografu współpracującego z siecią jezdną za izolatorem sekcyjnym po 200 ms, v = 100 km/h Dynamiczna wysokość przewodów jezdnych [mm] Izolator sekcyjny t [s] Izolator sekcyjny Rys. 9. Przykładowy przebieg wysokości dynamicznej przy jeździe z toru rozjazdowego na tor główny Fot. 3. Obraz obróconego ślizgacza pantografu współpracującego z siecią jezdną za izolatorem sekcyjnym po 300 ms, v = 100 km/h 62 3/2005

5 przewodami), współpracował poprawnie. Izolator sekcyjny zbudowany według BN-82/ dla dwóch przewodów jezdnych (masa 21 kg), zawieszony w pobliżu konstrukcji wporczych w torze głównym, również współpracował poprawnie przy prędkości jazdy do 120 km/h [3]. Natomiast izolator sekcyjny dla dwóch przewodów jezdnych, zawieszony w połowie przęsła rozjazdowego, przy prędkości jazdy do 100 km/h nie spełnia założonych kryteriów. Fot. 4. Prawidłowy obraz ślizgacza pantografu współpracującego z siecią jezdną za izolatorem sekcyjnym po 600 ms, v = 100 km/h Wnioski Na podstawie przeprowadzonych przez CNTK badań można stwierdzić, że rozjazdy: sieciowe ze skrzyżowanymi przewodami jezdnymi współpracują poprawnie z pantografami do prędkości jazdy 160 km/h; z przewodami jezdnymi nie skrzyżowanymi współpracowały z pantografem poprawnie przy jeździe na wprost z prędkością do 200 km/h i niepoprawna przy jeździe z toru rozjazdowego na tor główny z prędkością do 100 km/h. Podstawowym problem do rozwiązania jest współpraca pantografu z izolatorem sekcyjnym podwieszonym, ze względu na bezpieczeństwo osób obsługującą ją, w środku przęsła. Izolator sekcyjny dla jednego przewodu jezdnego (masa 17 kg), zawieszony w środku przęsła (rozjazd ze skrzyżowanymi Literatura [1] Kaniewski M.: Badanie rozjazdów sieciowych sieci trakcyjnej na stacji Psary przy prędkości jazdy 200/250 km/h. CNTK. Temat nr 3113/12. Warszawa, grudzień 2003 r. [2] Kaniewski M.: Badanie rozjazdów sieciowych dla v=160 km/h według projektu wschodniej DOKP. CNTK. Temat nr 3003/23. Warszawa [3] Kaniewski M.: Badanie eksploatacyjne izolatorów sekcyjnych przystosowanych do v=160 km/h. CNTK. Temat nr 3032/21. Warszawa, [4] Maciołek T., Szeląg A., Kaniewski M., Antoniak J. Sadkowski W.: Rozwiązania konstrukcyjne sieci trakcyjnej w rejonie rozjazdu dla v = = 250 km/h dla linii CMK. Politechnika Warszawska IME ZTiUE. Warszawa, listopad Autorzy mgr inż. Marek Kaniewski mgr inż. Wiesław Majewski dr inż. Artur Rojek Centrum Naukowo-Techniczne Kolejnictwa w Warszawie II Wrocławskie Forum Logistyki i Technologii Logistycznych WROLOG 2005 Modelowanie systemów logistycznych Wrocław, października 2005 r. Inteligentna infrastruktura logistyczna (inteligentne magazyny, systemy automatycznej identyfikacji, automatyzacja i robotyzacja procesów logistycznych) Logistyka zaopatrzenia, produkcji i dystrybucji Systemy transportowe Projektowanie obiektów (centrów) logistycznych e-logistyka Ekologistyka Magazynowanie, konfekcjonowanie, opakowalnictwo Organizatorzy Politechnika Wrocławska - Wydział Mechaniczny Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Zakład Logistyki i Systemów Transportowych Akademia Ekonomiczna we Wrocławiu Międzynarodowa Wyższa Szkoła Logistyki i Transportu we Wrocławiu Polskie Towarzystwo Logistyczne Oddział Dolnośląski Informacje Komitet Organizacyjny II Forum Logistyki i Technologii Logistycznych WROLOG-2005 Politechnika Wrocławska, Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn I Wrocław, ul. I. Łukasiewicza 7/9, tel./fax 071/ ; fax 071/ , wrolog@pwr.wroc.pl 3/