Laboratorium Badań Materiałów i Elementów Konstrukcji Instytutu Kolejnictwa "Rola badań ram wózków pojazdów szynowych w procesie certyfikacji taboru kolejowego" dr inż. Dariusz Kowalczyk Warszawa 2013.10.08
ZDJĘCIA POJAZDÓW SZYNOWYCH fot. D.Kowalczyk Pendolino, WE31, EN-62, Lokomotywa E4MSU NEWAG GLIWICE.
Fot. D.Kowalczyk TRACO 2013 Pendolino i E4MSU ( z ramą wózka 140ECEL)
PRACA
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.
Lokomotywa E4MSU LOKOMOTYWA E4MSU wyprodukowana przez NEWAG GLIWICE
Wózek lokomotywy E4MSU Układ napędowy usprężynowanie Zestaw kołowy amortyzator hamulec Wózek lokomotywy E4MSU piasecznica
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. 2007 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. 2007 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] http://www.utk.gov.pl/pl/spojnosc-techniczna-sy/certyfikacja-wyrobow/617,dopuszczenia-do-eksploatacji.html?search=44881116
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: 47 1010 1010 0055 0022 3100 0000. Opłaty dokonywane spoza granic Polski należy wnieść na konto: PL47101010100055002231000000, SWIFT/BIC NBPLPLPW. [1] http://www.utk.gov.pl/pl/spojnosc-techniczna-sy/certyfikacja-wyrobow/617,dopuszczenia-do-eksploatacji.html?search=44881116
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] - http://www.ikolej.pl/
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.
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.
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
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.
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 510-3 1st edition 1.1.89, TSI
Badania eksploatacyjne lokalne obciążenia od hamulca Badania statyczne - przykłady
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 : http://gadzetomania.pl/2011/06/22/ultraszybka-kolej-magnetycznapowstanie-w-japonii
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.
Dziękuję.