Analiza porównawcza metod pomiarowych badań skuteczności układów hamulcowych tramwajów

Transkrypt

1 DYCHTO Rafał 1 PIETRUSZEWSKI Robert 2 Analiza porównawcza metod pomiarowych badań skuteczności układów hamulcowych tramwajów WSTĘP Układ hamulcowy pojazdów ma bezpośredni wpływ na długość drogi hamowania, co przekłada się na bezpieczeństwo ruchu drogowego. Droga hamowania zależna jest od wielu czynników, do których możemy zaliczyć między innymi: sprawność psychofizyczna kierującego pojazdem, prędkość początkowa od której rozpoczęto proces hamowania, stan nawierzchni, ogólny stan techniczny pojazdu w tym w szczególności sprawność techniczna hamulców. Na całkowitą drogę zatrzymania pojazdu składają się drogi przebyte przez tramwaj w trzech etapach jego ruchu: etap pierwszy - reakcji motorniczego (czas jaki upłynął od momentu zaobserwowania przez motorniczego wskaźnika określającego początek hamowania do chwili uruchomienia hamulców) etap drugi - uruchomienia hamulców (czas od chwili uruchomienia hamulców do chwili rozpoczęcia hamowania) etap trzeci - hamowania właściwego (czas od chwili wystąpienia opóźnienia aż do całkowitego zatrzymania tramwaju) Etap drugi i trzeci decyduje o właściwej drodze hamowania tramwaju Wytyczne odnośnie metodyki przeprowadzania badań skuteczności hamulców, w które wyposażony jest tramwaj określa załącznik 2 Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 28 stycznia 2011 r. w sprawie zakresu, warunków, terminów i sposobu przeprowadzania badań technicznych tramwajów i trolejbusów oraz jednostek wykonujących te badania (Dz.U ) [1]. Na podstawie powyższego rozporządzenia przeprowadza się testy skuteczności układów hamulcowych przy użyciu jednej z dwóch metod: przez pomiar drogi hamowawnia z określonej prędkości na podstawie opóźnień uzyskanych w trakcie badania. Jak wynika z rozporządzenia ocenę skuteczności hamowania tramwaju przeprowadza się przez porównanie zmierzonej drogi hamowania lub opóźnienia hamowania z wartościami granicznymi tych parametrów będących załącznikiem do powyższego Rozporządzenia. W Katedrze Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn Politechniki Łódzkiej przeprowadzono badania doświadczalne polegające na wyznaczeniu drogi hamowania tramwaju PESA 122N. Badania przeprowadzono dwoma różnymi metodami. Pierwsza z nich polegała na bezpośrednim pomiarze drogi hamowania. Druga natomiast, metoda po, opierała się o pomiar wartości opóźnienia. 1 OBIEKT ORAZ METODOLOGIA BADAŃ Badania prowadzono zgodnie z wytycznymi znajdującymi się we wspomnianym załączniku numer 2. Wymagania te stosuje się do badania skuteczności hamowania: roboczego; awaryjnego; nagłego; bezpieczeństwa 1 robert.pietruszewski@p.lodz.pl, rafal.dychto@p.lodz.pl 2 Politechnika Łódzka, Katedra Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn, ul. Żeromskiego 116, Łódź, 3384

2 Pomiaru skuteczności hamowania dokonano poprzez pomiar bezpośredni długości drogi hamowania i poprzez pomiar wartości opóżnienia, przy zachowaniu wytycznych zawartych w rozporządzeniu. Obiekt badań- tramwaj PESA 122N podczas testów był nieobciążony, a prób dokonano na prostym, poziomym, czystym i suchym odcinku torowiska. Na rysunku 1 przedstawiono widok pojazdu badawczego. Rys. 1. Tramwaj PESA 122N Badany tramwaj wyposażony jest w trzy rodzaje hamulców: elektrodynamiczne jako główne hydrauliczne elektromagnetyczne szynowe Wyznaczone w sposób wizualny miejsce rozpoczęcia hamowania, umożliwiało rozpoczęcie tego procesu z pominięciem jego pierwszego etapu tj. drogi przebytej przez tramwaj do chwili uruchomienia hamulców. Wszystkie próby przeprowadzono z użyciem wszystkich dostępnych układów hamulcowych tramwaju (tzw. hamowanie nagłe) Mierzono odległość od miejsca początku hamowania do chwili zatrzymania pojazdu. Początek procesu hamowania wyznaczał optycznie znak umieszczony przy torowisku. Prędkość początkowa procesu hamowania wynosiła dla każdej próby 40 km/h.do pomiaru użyto precyzyjnego odległościomierza kołowego typu Geo-Fennel M10 przedstawionego na rysunku 2 i opóźnieniomierza typu CL 170 przedstawionego na rysunku 3. Rys. 2. Odległościomierz typu Geo-Fennel M

3 Rys. 3. Opóźnieniomierz typu CL 170 W metodzie pośredniej opartej na pomiarze wartości opóźnienia, dokonano obliczeń długości drogi hamowania dwoma metodami opartymi o uzyskane przebiegi chwilowych wartości opóźnienia zarejestrowanych podczas każdej z prób:, w której przyjęto wartość opóźnienia jako stałą, równą średniej arytmetycznej z zarejestrowanych opóźnień danej próby. Następnie po przyjęciu wartości prędkości początkowej równej 40 km/h dokonano obliczenia drogi hamowania opierając się na poniższym wzorze: gdzie: a- średnie opóźnienie, v prędkość początkowa hamowania, s- droga hamowania, która opierała się na przyjęciu stałej wartości przyspieszeń w poszczególnych jednostkach czasu (krok czasowy). W metodzie tej bazowano na wykresie zmian wartości opóźnienia zarejestrowanego podczas każdej z prób. Następnie w ramach każdego kroku czasowego dokonano operacji podwójnego całkowania w celu uzyskania wartości drogi hamowania w odniesieniu do kroku czasowego. Należy zaznaczyć, że wraz ze skróceniem przedziału czasowego każdego z kroków rośnie dokładność tej metody. Jako wartość kroku czasowego przyjęto przedział równy 0,01s, co zapewniło wystarczającą dokładność wspomnianej metody. 2 WYNIKI BADAŃ DOŚWIADCZALNYCH Wartości długości drogi hamowania uzyskane poprzez dokonanie pomiaru bezpośredniego i na podstawie przyjętych metod: numerycznej i uproszczonej zestawiono w poniższej tabeli. Tab. 1. Zestawienie długości dróg hamowania każdej próby z uwzględnieniem każdej z metod. Zestawienie wyników nr próby Metoda Metoda wartość numeryczna uproszczona zmierzona 1 26,80 24,45 24, ,66 27,09 24,50 26,34 24, ,05 24,09 25, ,86 21,40 23,30 24,

4 Poniżej przedstawiono zestawienie przebiegu zmian opóźnienia uzyskane podczas każdego z pomiarów wraz z porównaniem wartości zmierzonej drogi hamowania z metodą numeryczną i przybliżona dla każdej z przeprowadzonych prób. Rys. 4. Przebieg zmian wartości opóźnienia dla próby 1 wartość zmierzona Rys. 5. Porównanie wartości długości dróg hamowania dla każdej z metod dla próby 1 Rys. 6. Przebieg zmian wartości opóźnienia dla próby

5 wartość zmierzona Rys. 7. Porównanie wartości długości dróg hamowania dla każdej z metod dla próby 2 Rys. 8. Przebieg zmian wartości opóźnienia dla próby 3 wartość zmierzona Rys.9. Porównanie wartości długości dróg hamowania dla każdej z metod dla próby

6 Rys.10. Przebieg zmian wartości opóźnienia dla próby 4 wartość zmierzona Rys. 11. Porównanie wartości długości dróg hamowania dla każdej z metod dla próby 4 Następnie dokonano zestawienia wartości średnich dróg hamowania uzyskanych dla każdej z metod. wartość zmierzona Rys. 12. Porównanie średnich wartości dróg hamowania dla każdej z metod. 3389

7 Nr próby Nr próby Najwyższą średnią wartość drogi hamowania uzyskano za pomocą metody numerycznej. Wynosiła ona 26,34 m. Natomiast najmniejszą za pomocą metody przybliżonej 24,26 m. Przyjmując wartość zmierzonej drogi hamowania jako odniesienie pozwalające porównywać poszczególne metody, dokonano obliczenia różnic dróg hamowania pomiędzy wartością uzyskaną za pomocą danej metody, a wartością zmierzoną. Zestawienia te obrazują rysunki 13 i Rys. 13. Różnica dróg hamowania pomiędzy wartością uzyskaną na drodze numerycznej, a wartością zmierzoną Rys. 14. Różnica dróg hamowania pomiędzy wartością uzyskaną za pomocą metody przybliżonej, a wartością zmierzoną. Z powyższego zestawienia wynika, iż za pomocą metody numerycznej otrzymujemy w większości prób wartości wyższe od wartości uzyskanych za pomocą pomiaru bezpośredniego. Natomiast odmienna sytuacja obserwowana jest przy użyciu metody przybliżonej. Większość pomiarów wykazuje wartości niższe niż uzyskane na drodze pomiaru. Ostatecznie dokonano porównania metody uproszczonej z metodą numeryczną, co przedstawiono na rysunku

8 Nr próby Rys. 15. Różnica dróg hamowania pomiędzy wartością uzyskaną na drodze numerycznej, a wartością obliczoną za pomocą metody przybliżonej. Z przedstawionego zestawienia jednoznacznie wynika, iż droga hamowania obliczana metodą numeryczną jest dłuższa od drogi hamowania uzyskanej za pomocą metody przybliżonej. Średnia wartość różnicy dla przyjętych parametrów procesu hamowania wynosiła 2,09 m. WNIOSKI Według Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 28 stycznia 2011 r. przyjmuje się, że tramwaj podczas procesu hamowania porusza się ruchem jednostajnie opóźnionym. Obserwując przebiegi zmian wartości chwilowego opóźnienia stwierdzono, iż traktowanie procesu hamowania tramwaju jako ruchu jednostajnie opóźnionego jest daleko idącym uproszczeniem. Wartość opóźnienia hamowania zmienia się w sposób znaczący w trakcie trwania procesu hamowania. Z tego też powodu dokonano obliczeń drogi hamowania z uwzględnieniem chwilowych wartości opóźnienia tramwaju. Metoda przybliżona wykazała najkrótszą średnią drogę hamowania. W związku z powyższym pomiar dokonany za pomocą opóźnieniomierza zgodnie z Rozporządzeniem może być obarczony błędem, który może zadecydować o wyniku badania technicznego pojazdu, gdyż otrzymujemy zaniżona wartość drogi hamowania w stosunku do jej rzeczywistej wartości. Streszczenie Temat referatu nawiązuje do cyklu badań przeprowadzonych przez Zakład Pojazdów Politechniki Łódzkiej dotyczących zagadnień hamowania pojazdów szynowych. Obiektem badań był tramwaj PESA 122N. Celem badań była ocena jakości metod pomiarowych wykorzystywanych do wyznaczania drogi hamowania zgodnie z Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 28 stycznia 2011 r dotyczących testów skuteczności układów hamulcowych wykorzystywanych w tramwajach. Badania przeprowadzono w rzeczywistych warunkach drogowych. Metoda badawcza zakładała wyznaczenie drogi hamowania poprzez jej bezpośredni pomiar. Druga z metod opierała się na pomiarze opóźnienia. Wartości opóźnienia wykorzystane zostały do wyznaczenia drogi hamowania w sposób pośredni. Wyniki pomiarów przedstawiono w postaci graficznej. Comparison and evaluation for braking distance measuring methods of trams Abstract The subject of this paper is closely related to series of researches which were done in Department of Vehicles and Fundamentals of Machine Design Technical University of Lodz. The mentioned studies was focused on tram braking problem 3391

9 The main purpose of presented researches was showing differences between methods of measuring braking distance of trams related to regulations commonly use to perform such tests. Researches was performed during normal traffic condition. Thirst method was based on typical measurement of braking distance by means of accurate odometer. Another one provides decelerometer as a tool to measure a braking distance. Instantaneous values of deceleration were using to obtain to methods of braking distance estimation: numerical and simplified. The diagrams showing the comparison was clearly presents in paper. BIBLIOGRAFIA 1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 28 stycznia 2011 r. w sprawie zakresu, warunków, terminów i sposobu przeprowadzania badań technicznych tramwajów i trolejbusów oraz jednostek wykonujących te badania (Dz.U ) 2. Madej J. Teoria ruchu pojazdów szynowych Oficyna Wydawnicza Politechniki warszawskiej Warszawa Apiecionek W. Opóźnienie hamowania tramwaju typu 120 NaG firmy PESA Bydgoszcz SA Problemy Kryminalistyki 282(4)