z. 121 Transport 2018
Jakub Młyńczak
Katedra Transportu Kolejowego, Politechnika Śląska, Wydział Transportu
MIEJSCE UKŁADU NAPĘD ZWROTNICOWY -
ROZJAZD W KOLEJOWYM SYSTEMIE
TRANSPORTOWYM
Rękopis dostarczono: marzec 2018
Streszczenie: Aktualnie w literaturze przedmiotu brakuje jasnego odniesienia, jakie jest miejsce niektórych istotnych elementów i układów stosowanych w transporcie kolejowym w kolejowym systemie transportowym. Często patrzy się na rozwiązania techniczne stosowanie w technice kolejowej jako całość lub podsystem bez podkreślenia wpływu usterek na poprawność pracy systemu kolejowego oraz bez odniesienia do bezpieczeństwa tej gałęzi transportu.
Układ napęd zwrotnicowy – rozjazd jest istotnym elementem kolejowego systemu transportowego. Artykuł jest próbą umiejscowienia tego układu w systemie kolejowym transportowym.
Słowa kluczowe: napęd zwrotnicowy, rozjazd,
1. WPROWADZENIE
Aktualnie w literaturze przedmiotu brakuje jasnego odniesienia, jakie jest miejsce niektórych istotnych elementów i układów stosowanych w transporcie kolejowym w kolejowym systemie transportowym. Często, patrzy się na rozwiązania techniczne stosowanie w technice kolejowej jako całość lub podsystem bez podkreślenia wpływu usterek na poprawność pracy systemu kolejowego oraz bez odniesienia do bezpieczeństwa tej gałęzi transportu.
Pomimo, że w technice najczęściej mówi się o uszkodzeniach elementów, to w technice sterowania ruchem kolejowym stosuje się pojęcie usterki jako uszkodzenia (odstępstwa od stanu pełnej zdatności do pracy) które zostaje wykryte w czasie planowej obsługi technicznej. Usterka jest uszkodzeniem które nie spowodowało niezdatności urządzenia do pracy. Awaria świadczy o niezdatności urządzenia a co za tym idzie, uniemożliwia lub ogranicza możliwość prowadzenia ruchu kolejowego [9].
Układ napęd zwrotnicowy – rozjazd jest istotnym elementem kolejowego systemu transportowego. Artykuł jest próbą umiejscowienia tego układu w systemie kolejowym transportowym.
Zgodnie z Raportem Rocznym 2016 r [5] PKP PLK S.A. eksploatuje 18 427 km linii kolejowych co daje łącznie 36 079 km torów. Długość torów stacyjnych kształtuje się na poziomie 9038 km. W eksploatowanych torach zabudowano 39 571 szt. rozjazdów kolejowych z czego 18 041 szt. zabudowana jest w torach głównych zasadniczych i szlakowych, a więc rozjazdach przejeżdżanych w dużymi prędkościami (Rys.1).
Rys.1. Struktura prędkości dopuszczalnych na liniach kolejowych zarządzanych przez PKP PLK S.A. [5]
Należy zaobserwować znaczy wzrost długości torów kolejowych na których można jeździć z prędkościami rzędu 160 km/h. Już 3 178 km torów pozwala na jazdę z prędkościami rzędu 160 km/h (wzrost o 365 km w stosunku do roku 2015)
Rozjazdy najczęściej występują w uzależnieniu w urządzeniach sterowania ruchem kolejowym (srk). Strukturę uzależnień w różnych systemach przedstawiono na Rys. 2 .
Rys. 2. Zwrotnice uzależnione w poszczególnych rodzajach stacyjnych urządzeń srk [5]
Z Rys. 2 wynika, że 61% zwrotnic uzależnionych jest w urządzeniach elektrycznych (elektryczne suwakowe, przekaźnikowe, przekaźnikowo-komputerowe i komputerowe). Zestawienie nie uwzględnia elektrycznej centralizacji rozjazdów w urządzeniach mechanicznych kluczowych i mechanicznych scentralizowanych. A można założyć
(na podstawie obserwacji własnych autora), że ok. 20% tych urządzeń jest wyposażona w elektryczną centralizację zwrotnic za pomocą specjalnych zamków. Tak więc mówi się o elektrycznej centralizacji zwrotnic na poziomie ok. 69% ogólnej liczby zwrotnic scentralizowanych. Na koniec 2016 r aż 75,7% ogólnej liczby napędów zwrotnicowych to napędy elektryczne a 24,3 mechaniczne. Rozbieżność pomiędzy podziałem rodzaju napędu zwrotnicowego a liczbą uzależnionych napędów na drodze elektrycznej (69%) a mechanicznymi (31%) bierze się stąd, że w rozjazdach przeznaczonych do jazdy z dużymi prędkościami stosuje się większą liczbę napędów. Zestawienie typów stosowanych typów napędów zwrotnicowych przedstawia Rys. 3. Trend zmian w generacjach napędów zwrotnicowych pokazano na Rys. 4
Rys. 3. Typy eksploatowanych napędów zwrotnicowych [5]
Z wykresu przedstawionego na Rys. 4 jasno wynika, że napędy zwrotnicowe 1 (mechaniczne i ręczne) i 2 (JEA-29 i EEA-4) generacji są sukcesywnie zastępowane napędami zwrotnicowymi charakteryzującymi się nowoczesną konstrukcją (elektrohydrauliczne i z przekładnią śrubową). Przedstawione zestawienia pokazują, że liczba napędów zwrotnicowych i rozjazdów stanowi istotny procent urządzeń związanych z prowadzeniem ruchu.
2. AWARYJNOŚĆ W UKŁADZIE
NAPĘD ZWROTNICOWY - ROZJAZD
Istotnym problemem technicznym jest awaryjność urządzeń sterowania ruchem kolejowym. Informacje o awaryjności zostały przedstawione [2]. Awaria w urządzeniach srk cechuje się tym, że prowadzi do perturbacji w ruchu pociągów. W artykule tym można przeczytać, że 43% wszelkich awarii urządzeń srk przypada na urządzenia stacyjne, z których 66% to urządzenia elektryczne a 34% to urządzenia mechaniczne. Liczba awarii urządzeń elektrycznych kształtuje się na poziomie 76% wszystkich usterek urządzeń srk.
Powstawanie awarii w urządzeniach srk przekłada się bezpośrednio na generowanie opóźnień pociągów. Jak wynika z Rys. 5 w 2016 r. zanotowano 10 298 awarii urządzeń stacyjnych które spowodowały 36 006 minut opóźnień dla pociągów towarowych i 85 352 minuty opóźnień dla pociągów pasażerskich co daje łącznie 121 358 minut opóźnień (2 022 godzin czyli 84,3 dnia). Z ogólnej liczy awarii dla systemów stacyjnych średnio 20% dotyczy awarii napędów zwrotnicowych. Jeśli do tego dołoży się przypadki awaryjności z winy rozjazdu (nie ujęte w ogólnodostępnych zestawieniach) okaże się, że układ napęd zwrotnicowy – rozjazd ma duży wpływ na pracę systemu transportu kolejowego.
Rys. 6 Wskaźnik awaryjności napędów zwrotnicowych z podziałem na typy [2]
Rys. 6 pokazuje wskaźnik awaryjności napędów zwrotnicowych z podziałem na typy napędów zwrotnicowych. Można zauważyć, że ogólna liczba awarii napędów zwrotnicowych spada z roku na rok. Nie mniej liczba ta dalej pozostaje na wysokim poziomie.
Na podstawie przedstawionych danych [Rys. 2- Rys. 6] można zauważyć, że napęd zwrotnicowy i rozjazd jest elementem systemu transportu kolejowego charakteryzujący się znacznym wpływem na pracę tego systemu.
Istotnym elementem oceny konkretnego rozwiązania technicznego jest jego ocena eksploatacyjna, czyli analiza mająca na celu określenie, czy dane urządzenie jest awaryjne i podatne utrzymaniowo. [10]
3. WPŁYW UKŁADU NAPĘD ZWROTNICOWY ROZJAZD
NA BEZPIECZEŃSTWO TRANSPORTU KOLEJOWEGO
Wpływ układu napęd zwrotnicowy – rozjazd na bezpieczeństwo w transporcie kolejowym jest często pomijany. Podejście takie często spowodowane jest brakiem wiedzy i kompetencji osób zajmujących się tematyką bezpieczeństwa w transporcie. Rozjazd wraz z urządzeniami służącymi do przestawiania ruchomych elementów rozjazdu i ruchomego dzioba krzyżownicy jest konstrukcją która bezpośrednio wpływa na bezpieczeństwo transportu kolejowego. Aby pokazać ten wpływ warto przeanalizować kilka zdarzeń (wypadków i katastrof) które były spowodowane lub miały miejsce na rozjeździe kolejowym lub z jego udziałem.
Do jednej z największych katastrof kolejowych w Polsce, której bezpośrednią przyczyną był rozjazd kolejowy wraz z napędem zwrotnicowym to katastrofa, która miała miejsce 5 maja 1997 roku na stacji Reptowo [4]. W katastrofie taj śmierć poniosło 12 osób, a rannych
zostało 36 osób. W momencie przejazdu szóstego wagonu w składzie pociągu „Barbakan” przez rozjazd nr 23 nastąpiła zmiana położenia zwrotnicy tego rozjazdu w ten sposób, że pierwszy wózek wagonu został skierowany zgodnie z pierwotnym jej położeniem na tor nr 2, a drugi wózek został skierowany na tor nr 4. Wagony od siódmego do jedenastego również zostały skierowane na tor nr 4, podążając tam za wagonem szóstym. Sytuacja taka określana jest jako jazda dwutorowa pociągu i w konsekwencji prowadzi do wykolejenia wagonu. Ze względu na dużą prędkość, przy której nastąpiła jazda dwutorowa, przebieg wykolejania był raptowny, a jego dynamika spowodowała rozerwanie sprzęgu śrubowego pomiędzy szóstym i siódmym wagonem. Lokomotywa EU07 wraz z pięcioma niewykolejonymi wagonami i szóstym wykolejonym wszystkimi osiami pojechała dalej, przy czym wykolejony wagon zdemolował urządzenia sterowania ruchem kolejowym, pościnał słupy trakcyjne, semafor i zniszczył nawierzchnię toru nr 2 na odcinku około 500 m począwszy od kilometra 185,605 aż do kilometra 185,105, w którym nastąpiło zatrzymanie czoła pociągu „Barbakan” – przed wskazującym sygnał S2 semaforem wyjazdowym.
Jako bezpośrednią przyczynę zdarzenia podano wystąpienie drgań o charakterze rezonansowym taboru i zwrotnicy oraz drgań napędu zwrotnicowego w czasie przejazdu pociągu nr 83102 przez stację Reptowo. Wypadek wydarzył się wskutek niezwykle rzadkiego nałożenia się czynników, które samoistnie nie stanowią zagrożenia.
Równie istotnym zagrożeniem dla bezpieczeństwa transportu kolejowego jest przestrzeganie dopuszczalnej prędkości przejazdu przez rozjazdy. W dniu 12.08.2011 r. pociąg nr 14101 relacji Warszawa Wschodnia – Katowice, prowadzony lokomotywą EU07 - 1034 odjechał ze stacji Warszawa Wschodnia o godz. 14.07 zgodnie z rozkładem jazdy [7]. O godzinie 15.55 dyżurny ruchu stacji Baby udzielił ”wolnej drogi” dla tego pociągu i o godzinie 16.02, po przekierowaniu blokady samoczynnej po torze szlakowym nr 2 w kierunku przeciwnym do zasadniczego do stacji Baby nastąpił odjazd pociągu nr 14101 ze stacji Rokiciny. Jazda kontynuowana była po torze szlakowym nr 2 przy zamkniętym torze szlakowym nr 1 i prowadzonym ruchu jednotorowym dwukierunkowym. Dyżurny ruchu stacji Baby poprzez przełożenie rozjazdów nr 101 i 102 w położenie minus (-) przygotował drogę przebiegu dla pociągu nr 14101, po czym wyświetlił sygnał zezwalający na semaforze wjazdowym A 1/2. Po stwierdzeniu, że pociąg znajduje się na trzecim odcinku oddalania, (a dla tej sytuacji odcinek zbliżania) licząc przed stacją Baby, zamknął przejazd kolejowy obsługiwany z pomieszczenia nastawni i powiadomił dróżników przejazdowych o zamiarze wyprawienia w/w pociągu. Następnie wyświetlił sygnał zezwalający na semaforze wyjazdowym N. Obserwując drogę przebiegu na pulpicie zauważył, że szczeliny rozjazdów nr 101/102 migają kolorem czerwonym, co sygnalizowało rozprucie pod taborem. Maszynista jako pierwszy nawiązał łączność z dyżurnym ruchu stacji Baby informując o zaistniałym wykolejeniu pociągu. Maszynista pociągu nr 14101 dojeżdżając do stacji Baby nie zmniejszył prędkości do 40 km/h wg wskazań semaforów 1274N (ostatni odstępowy sbl), A1/2 (semafor wjazdowy) i kontynuował jazdę po rozjazdach nr 101 i 102 kierujących pociąg z toru szlakowego nr na tor stacyjny nr 1 z prędkością 113,1 km/h. W wyniku zdarzenia śmierć poniosły 2 osoby a 33 zostały ranne.
Niespełna rok wcześniej (18.08.2010 r) do podobnego zdarzenia doszło na posterunku odgałęźnym Mąkołowiec [6]. Przekroczenie dopuszczalnej prędkości jazdy pociągu (EN75-003), która na kierunek zwrotny po rozjazdach nr 5 i 4, na sygnał zezwalający na semaforze G1/2 wynosiła 40 km/h, przy rzeczywistej 119 km/h. W wypadku nie było ofiar.
Kolejnym miejscem powstawania zagrożenia w układzie napęd zwrotnicowy – rozjazd jest eksploatacja i obsługa w sytuacji usterki. W dniu 3 marca 2012r. na posterunku odgałęźnym Starzyny w czasie przygotowywania drogi przebiegu od stacji Psary w kierunku podg. Sprowa torem nr 2 szlaku Sprowa – Starzyny dla pociągu nr 13126 około godziny 20:35, przy zmianie położenia zwrotnic rozjazdów nr 3 i 4 nastąpiła utrata sygnalizacji ich kontrolowanego położenia w położeniu minus. Dyżurny Ruchu według jego wyjaśnień – dokonuje na gruncie sprawdzenia położenia zwrotnic rozjazdów nr 3 i 4 dla przygotowania wyjazdu pociągu na tor nr 2 szlaku Sprowa – Starzyny [8]. Idąc zabiera z sobą 4 klucze (3+, 3-, 4+, 4-) od sponozamków zamontowanych na rozjazdach, nie zabiera jednak korby do ręcznego przestawiania zwrotnic. Pomimo braku kontroli położenia zwrotnic nr 3 i 4 nie dokonuje zabezpieczenia ich w terenie sponozamkami i wraca z kluczami na nastawnię. Dyżurny ruchu informuje maszynistę pociągu nr 13127, który zatrzymał się przed semaforem wjazdowym C, o jeździe na sygnał zastępczy i o godzinie 20:46 wyświetla sygnał zastępczy na semaforze C z powodu braku kontroli położenia zwrotnic rozjazdów nr 3 i 4.
W wyniku błędnej obsługi i dodatkowych błędów ludzkich dochodzi do zderzenia pociągu nr 13127 z pociągiem nr 31101 na wysokości miejscowości Chałupki. W wyniku zderzenia ginie 16 osób a 61 zostaje ciężko rannych.
4. PODSUMOWANIE
Na podstawie informacji zawartych w artykule pokazano, że układ napęd zwrotnicowy – rozjazd oraz jego prawidłowa eksploatacja jest nierozłączną częścią kolejowego systemu transportowego. Nie można tego układu rozpatrywać bez rozpatrywania wpływu na otoczenie transportowe. Ze względu na dużą populację układów napęd zwrotnicowy- rozjazd, dużą różnorodność rozwiązań technicznych opisanych m.in. w [3] analiza eksploatacyjna i bezpiecznościowa tego układu jest skomplikowana a obiekt badawczy jest trudnodostępny. Często pojawiające się informacje o zdarzeniach, awariach, wypadkach nie podają konkretnej odpowiedzi jakiego rodzaju rozwiązania technicznego zdarzenie dotyczy. Ponadto, brak jednoznacznej oceny eksploatacyjnej stosowanych rozwiązań technicznych w układzie napęd zwrotnicowy – rozjazd nie pozwala na podjęcie sensownej polityki zakupów i inwestycji w tym zakresie. A różnorodność rozwiązań wpływa negatywnie np. na czas usuwania usterek i poprawną diagnostykę awarii.
Bibliografia
1. Basiewicz T., Rudziński L., Jacyna M.: Linie kolejowe, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2002;
2. Kuziemski M.: Ocena eksploatacyjna systemów i urządzeń srk stosowanych na sieci PKP Polskich Linii Kolejowych S.A., Konferencja SITK „Technologie w budowie, utrzymaniu, eksploatacji urządzeń sterowania ruchem kolejowym i łączności w kolejnictwie polskim”, Cedzyna 13-15 września 2017 r.; 3. Młyńczak J.: Badania układu napęd zwrotnicowy-rozjazd, monografia na prawach rękopisu, Katowice
4. Opracowanie zbiorowe: Największe katastrofy kolejowe w Polsce, wersja cyfrowa, dostęp styczeń 2018 r.; 5. Raport roczny PKP PLK S.A. za 2016 rok, PKP PLK S.A.;.
6. Raport roczny za rok 2010, Państwowa Komisja Badania Wypadków Kolejowych, Warszawa 30.03.2011 r.;
7. RAPORT Nr PKBWK/1/2012 z badania poważnego wypadku kategorii A06 zaistniałego w dniu 12 sierpnia 2011 r. o godz. 16.15 w stacji Baby w torze nr 1 w kilometrze 128.615 linii 001 Warszawa -- Katowice obszar zarządcy infrastruktury PKP Polskie Linie Kolejowe S.A. Zakładu Linii Kolejowych w Łodzi, Warszawa 31.07.2012 r.;
8. Raport nr PKBWK/1/2013 z badania poważnego wypadku kat.. AA 0011 zaistniałego w dniu 03 marca 2012 r. o godz. 20:55 na szlaku Sprowa - Starzyny w torze nr 1 w km 21,250 linii kolejowej nr 64 Kozłów - Koniecpol obszar zarządcy infrastruktury PKP Polskie Linie Kolejowe S.A. Zakład Linii Kolejowych w Kielcach, Warszawa 15.02.2013 r.
9. Ie-7 (E14), Instrukcja diagnostyki technicznej i kontroli okresowej urządzeń sterowania ruchem kolejowym, PKP PLK S.A., 2017 r.,
10. PN-EN 50126-1:2018-02, Zastosowania kolejowe -- Specyfikowanie i wykazywanie niezawodności, dostępności, podatności utrzymaniowej i bezpieczeństwa (RAMS) -- Część 1: Proces ogólny RAMS.
ROLE OF A SWITCH POINT MECHANISM/SWITCH POINT ASSEMBLY IN A TRANSPORT SYSTEM
Summary: The contemporary literature of the subject lacks explicit determination of the role performed in rail transport systems by certain major components and assemblies used in rail transportation. One typically perceives the technical solutions applied in railway engineering as an entire body of solutions or as a subsystem, without properly emphasising the impact of defects on the operating efficiency of the rail transport system and without the due regard to safety in this domain of transport.
The switch point mechanism/switch point assembly is an important component of a rail transport system. This article is an attempt to identify the role and importance of this assembly in a rail transport system.
