Modernizacja kabin sterowniczych pojazdów szynowych pod kątem współczesnych wymagań ergonomii

Jacek Krawczyk

Instytut Pojazdów Szynowych „Tabor”

MODERNIZACJA KABIN STEROWNICZYCH

POJAZDÓW SZYNOWYCH POD KTEM

WSPÓCZESNYCH WYMAGA ERGONOMII

Rkopis dostarczono, kwiecie 2013

Streszczenie: W referacie dokonano przegldu 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.

Sowo kluczowe: pulpit, kabina, lokomotywa

1. WSTP

Obecne eksploatowane na liniach kolejowych pojazdy szynowe takie jak lokomotywy liniowe, lokomotywy manewrowe, zespoy trakcyjne, autobusy szynowe znajduj si w ró norodnym stanie technicznym.

redni wiek lokomotyw najwikszych 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 miao wicej ni 30 lat a ~ 1700 miao 26÷30 lat natomiast tylko ~150 byo w wieku 16÷25 lat, za kilkanacie lokomotyw (bdcych w posiadaniu PKP CARGO) nie przekroczyo 15 lat. Lokomotywy bdce w posiadaniu prywatnych przewo ników (ponad 400 sztuk) to lokomotywy, których wiek przekracza 40 lat.

Ze wzgldów ekonomicznych nie jest mo liwa w krótkim czasie wymiana caego taboru, na nowy speniajcy aktualne wymagania i przepisy UIC-651, UIC-612 oraz odpowiednie normy PN. Wiele tych pojazdów ma ograniczone mo liwoci eksploatacyjne lub jest dopuszczona do eksploatacji warunkowo, ze wzgldu na stan techniczny i warunki pracy obsugi oraz wymagania rodowiskowe. Pozostaje wic modernizacja.

Jednym z wa nych elementów lokomotyw jest kabina sterownicza. W starych kabinach lokomotyw warunki pracy maszynisty nie speniaj ju wspóczesnych wymaga, odnonie ergonomii, komfortu klimatycznego i akustycznego oraz wyposa enia.

Dlatego przy okazji modernizacji lokomotyw zachodzi konieczno gruntownej modernizacji kabin sterowniczych, stanowiska sterowniczego, podogi, wyo enia cian kabiny, owietlenia, izolacji termicznej i akustycznej. Ponadto, kabina powinna by wyposa ona w urzdzenia socjalne jak szafki, kuchenki, umywalk oraz lodówk.

Cae wntrze kabiny powinno spenia 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 liwoci regulacji.

2. KABINY STEROWNICZE LOKOMOTYW PRZED

MODERNIZACJ

Kabiny sterownicze wybranych lokomotyw przed modernizacj wraz ze stanowiskami sterowniczymi, zebrano i uporzdkowano wg typów lokomotyw.

2.1. LOKOMOTYWA SPALINOWA 301DD (ST45)

Lokomotywy powstay pod koniec lat 60-tych. Byy 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 rozwinicie konstrukcji lokomotywy 301Db (serii SP45). Lokomotywy powstay w latach 1974 ÷ 1977. Wyprodukowano 52 sztuk lokomotyw a w roku 1985 wykonano jeszcze dwa zmodyfikowane egzemplarze. Byy one przeznaczone do ruchu gównie towarowego i pasa erskiego na niezelektryfikowanych liniach kolejowych.

Rys. 2. Lokomotywa i kabina SU46 przed modernizacj

2.3. LOKOMOTYWA ELEKTRYCZNA 201E (ET22)

Ogólne zao enia konstrukcyjne opracowano w latach 1965–1966, a pierwsze prototypy wyprodukowane zostay w Pafawagu Wrocaw w 1969 a w roku 1972 ruszya produkcja seryjna. S to lokomotywy przeznaczone do ci kich przewozów towarowych. Dla PKP wyprodukowano ogóem 1183 sztuk.

Rys. 3. Lokomotywa i kabina 201E (ET22) przed modernizacj

2.4. LOKOMOTYWY SPALINOWE SP32

Lokomotywy SP32 powstay w 1985 roku na zamówienie PKP i byy produkowane w Rumunii. Zostay one przeznaczone do obsugi lekkiego ruchu pasa erskiego. Wyprodukowano cznie dla PKP 150 sztuk tych lokomotyw. Lokomotyw t pokazano wraz ze stanowiskiem sterowniczym na rys. 4.

2.5. LOKOMOTYWA SPALINOWA MANEWROWA SM42

Jest to podstawowa lokomotywa manewrowa spalinowa przeznaczona do ci kich prac manewrowych oraz prowadzenia pocigów. Zostaa zaprojektowana na przeomie lat 50 i 60-tych. Produkcja tej lokomotywy bya prowadzona do roku 1981 i zostaa wznowiona w niewielkim zakresie w 1985 roku. cznie wyprodukowano ponad 660 sztuk tych lokomotyw.

Lokomotywy te s eksploatowane zarówno na torach PKP, zakadowych jak i stacyjnych. Do dzi stanowi podstawow lokomotyw manewrow w Polsce.

Lokomotyw i wntrze 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 puda wraz z kabin w skali 1:1 (ostoja, szkielety cian, kabiny i poszycia). W modelu tym pominito stare wyo enia, pulpity, ró ne instalacje (pneumatyczne, wodne i elektryczne), czci przyspawane, gdy w modernizowanych lokomotywach bd one wykonywane od pocztku. Modele 3D poszczególnych lokomotyw przed modernizacj przedstawiono na rys 6 ÷ 10.

Rys. 7. Model szkieletu lokomotywy i kabiny 303D (ST46) przed modernizacj

Rys. 8. Model szkieletu lokomotywy i kabiny 201E (ET22) przed modernizacj

Na podstawie dostpnej 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), polegaa na modernizacji w ograniczonym zakresie wózków i ostoi. Cae nadwozie tj. kabina maszynisty i przedziay maszynowe zostay cakowicie usunite, w ich miejsce zostao zabudowane cakowicie nowe nadwozie wraz now kabin. Dlatego wykonano tylko wyjciowy model ostoi przed modernizacj, przedstawiony na rys. 10.

4. PROJEKTY NOWYCH STANOWISK STEROWNICZYCH

I MODERNIZACJA KABIN MASZYNISTY

Na tak przygotowanych modelach 3D wykonano analizy przestrzenne zwizane z ksztatowaniem geometrii wyjciowej pulpitu z rozmieszczeniem na niej urzdze wska nikowych i sterujcych zgodnie z aktualnymi wymaganiami i zasadami ergonomii.

Ze wzgldu na zo one analizy przestrzenne, utworzono na bazie dokumentów UIC i norm, niektóre pomocnicze szablony z wymaganymi wymiarami, które nastpnie wykorzystano w tych analizach. Szablony przedstawiono poni ej.

Rys.11. Szablony wykorzystane do analiz i tworzenia geometrii stanowiska sterowniczego

Takie podejcie do projektowania umo liwio analiz jednoczenie bardzo wielu zo onych informacji w ró nych aspektach, w rozsdnym czasie i usprawnio proces ksztatowania konstrukcji pulpitu oraz zabudowy urzdze pulpitowych. Mo liwe stao si równie wykrywanie i eliminowanie kolizji midzy elementami skadowymi pulpitu na etapie koncepcji, bez koniecznoci budowy prototypu pulpitu celem weryfikacji.

Struktura stanowiska sterowniczego bya ksztatowana wraz z zabudow ró norodnych urzdze sterujcych, aparatów elektrycznych, urzdze wska nikowych i pomocniczych, zarówno na pulpicie jak i pod pulpitem.

Tak uksztatowan geometri wyjciow stanowiska sterowniczego sprawdzono pod wzgldem widocznoci sygnaów wysokich i niskich wg wymaga UIC-651.

Rys.12. Warunki widocznoci szlaku wg karty UIC 651 i normy PN-90/K-11001:1990

Zbiorczy szablon ukadu fotel-pulpit i wymiarów antropometrycznych ze strefami zasigu rk i polami postrzegania przyrzdów Szablon stref zasigu rk na pulpicie Szablon zalecanych stref rozmieszczania na pulpicie urzdze sterujcych i wska nikowych

W efekcie tych prac powstay prototypy wirtualne w postaci modeli 3D, zawierajce praktycznie wszystkie niezbdne dla konstruktora informacje, wystpujce w rzeczywistym prototypie fizycznym, zmodernizowanych kabin lokomotyw wraz ze stanowiskami sterowniczymi i wyposa eniem kabiny. Modele kabin i stanowisk sterowniczych przedstawiono na rys. 13 ÷ 17.

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. 17. Model lokomotywy i kabiny 6Di oraz stanowiska sterowniczego po modernizacji

Na podstawie tych modeli zostaa wykonana kompletna dokumentacja techniczna dla modernizacji w/w lokomotyw.

5. PREZENTACJA ZMODERNIZOWANYCH

LOKOMOTYW

Na rys. 18 ÷ 21 przedstawiono uporzdkowane 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

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 cakowicie warunki pracy maszynistów i pomocników.

Urzdzenia sterujce o dziaaniu bezporednim (analogowe) zostay zastpione urzdzeniami o dziaaniu porednim (zadajnikami sygnaów elektrycznych), które s

nadzorowane przez komputer pokadowy, dziki temu zmniejszya si mo liwo popenienia bdów przez maszynist.

Nastpio wyra ne rozdzielenie poziomów – informacyjnych i wykonawczych, co radykalnie poprawio warunki interakcji czowiek-maszyna i zwikszyo bezpieczestwo ruchu. Zmniejszenie koniecznoci koncentracji uwagi na wskazaniach przyrzdów, umo liwio maszynicie spokojn obserwacj sytuacji na szlaku kolejowym.

Ksztat stanowiska sterowniczego pozbawiony jest jakichkolwiek ostrych krawdzi, kantów i naro ników, co eliminuje mo liwe urazy i skaleczenia,

Wprowadzenie klimatyzacji i nowoczesnej wentylacji poprawio znacznie mikroklimat i komfort termiczny w kabinie, a tym samym warunki pracy maszynisty.

Ksztat i geometria ukadu pulpit–fotel umo liwia atwe wsiadanie i wysiadanie oraz zapewnia dostateczn swobod ruchu kolan i ud, nawet w przypadku obrotu fotela, uatwia wykonanie czynnoci sterowniczych zgodnie z granicami zasigu rk (wg karty UIC-651), zapewniajc prawidow prac maszynisty w pozycji siedzcej i stojcej.

Dziki nowym izolacjom cian bocznych, sufitu oraz nowej konstrukcji i izolacji podogi, uzyskano znaczne obni enie poziomu haasu w kabinie.

Wyposa enie kabiny w urzdzenia socjalne, lodówk, umywalk, urzdzenie do podgrzewania posików (kuchenk lub mikrofalówk), schowki i szafki ubraniowe poprawio komfort pracy maszynisty oraz pomocnika.

Dziki tym dziaaniom uzyskano zmniejszenie obci enia fizycznego i psychicznego maszynisty, a tak e zwikszenie bezpieczestwa obsugi lokomotywy, a tym samym zwikszenie bezpieczestwa ruchu kolejowego, jak równie nowe estetyczne stanowisko pracy maszynisty.

Bibliografia

1. Krawczyk J., Guzikowski D., Mockiewicz K.: Opracowanie wytycznych dla kabin maszynisty lokomotywy o prdkoci 200km/h w zakresie ergonomii kabiny i fotela maszynisty w powizaniu z wymaganiami funkcjonalnymi. Opracowanie OR-7561. OBRPS-Pozna 1991.

2. Krawczyk J., Guzikowski D.: Wytyczne do konstrukcji kabiny maszynisty speniajacej najnowsze wymagania ergonomiczne. Opracowanie OR-7803. OBRPS-Pozna 1994.

3. Marciniak Z., Krawczyk J. Kabiny sterownicze nowoczesnych lokomotyw, ergonomia, bezpieczestwo i warunki pracy obsugi. Materiay z Konferencji Ergonomia W rodkach Transportu. Warszawa, kwiecie 2000.

4. Kabina maszynisty lokomotywy elektrycznej dwukabinowej. Podstawowe wymagania, bezpieczestwo pracy i ergonomii. Norma PN-90/K-11001. Warszawa 1990.

5. Uksztatowanie kabin maszynisty lokomotyw, wagonów silnikowych, zespoów trakcyjnych i wagonów sterowniczych. Karta UIC-651 wyd. 2 Pary 2000.

6. Dokumentacja Techniczno – Ruchowa lokomotywy spalinowej typu 303Da serii ST46 – Opis techniczny. Opracowanie 303Da 0159-1, IPS ”TABOR” Pozna, 06.2011.

7. Marciniak Z., Michalak P.; Nowe oraz zmodernizowane ukady i zespoy w modernizowanej lokomotywie spalinowej typu 303D serii SU46, Pojazdy Szynowe 2012, nr 1.

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.