Badania wpływu zmian parametrów wybranych fragmentów szlaku kolejowego na własności ruchowe modelu pojazdu szynowego Studies of influence of changing the parameters of railway route selected sections on rail vehicle ride properties

Pełen tekst

(1)PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 71. Transport. 2009. Mirosaw Dusza, Krzysztof Zboiski Wydzia Transportu Politechnika Warszawska. BADANIA WPYWU ZMIAN PARAMETRÓW WYBRANYCH FRAGMENTÓW SZLAKU KOLEJOWEGO NA WASNOCI RUCHOWE MODELU POJAZDU SZYNOWEGO Rkopis dostarczono, listopad 2009. Streszczenie: Modernizacja szlaków kolejowych jest priorytetowym zadaniem wacicieli infrastruktury kolejowej. Czynnikiem wymuszajcym modernizacj jest stale rosnca konkurencja ze strony dynamicznie rozwijajcego si transportu samochodowego i lotniczego. Nowoczesne konstrukcje pojazdów szynowych pozwalaj na zmian parametrów tras, które mona dokona przy okazji ich modernizacji. Nowoczesny pojazd i dostosowana do jego moliwoci trasa to dwa gówne czynniki techniczne majce bezporedni wpyw na efektywno transportu kolejowego. W niniejszym artykule podjto prób oceny zmian parametrów fragmentów trasy kolejowej na wasnoci ruchowe modelu pojazdu szynowego. Zbadano równie zmiany wasnoci modelu na wybranych fragmentach trasy, wynikajce ze zuycia powierzchni tocznych kó. Parametrem obserwowanym s przemieszczenia poprzeczne atakujcego zestawu koowego modelu. Graficzna prezentacja tego parametru w funkcji drogi lub prdkoci jest form przedstawienia wyników.. 1. WSTP Decydujcy wpyw na efektywno transportu kolejowego ma stan infrastruktury. W odniesieniu do transportu pasaerskiego o efektywnoci decyduj gównie - czas przejazdu danego odcinka i komfort jazdy. Podejmowane dziaania majce na celu zwikszenie efektywnoci transportu pasaerskiego w pierwszej kolejnoci obejmuj tabor. Czynnoci zwizane z popraw stanu toru wykonywane s zwykle w krótszym lub duszym okresie czasu po wprowadzeniu na danym odcinku nowych lub zmodernizowanych pojazdów. Postpowanie takie wynika z faktu, e zakup czy modernizacja taboru moe by zrealizowana w krótszym okresie czasu i mniejszym nakadem rodków w porównaniu z modernizacj trasy kolejowej. Ponadto efekty dziaa widoczne s bezporednio po wprowadzeniu nowego taboru (cho nie zawsze odczuwalne), natomiast efekty modernizacji trasy dostrzegane s w mniejszym stopniu..

(2) 24. Mirosaw Dusza, Krzysztof Zboiski. W roku 2006 na trasie kolejowej Kraków – Wadowice wprowadzono do eksploatacji tzw. ,,Pocig Papieski”. Jest to zmodernizowany pojazd typu EZT. Pomimo poprawy parametrów ruchowych tego pojazdu, czas przejazdu trasy nie uleg skróceniu. Efekt dziaa przyniós wycznie biern popraw komfortu (wyposaenie pojazdu w nowe siedzenia, system informacji pasaerskiej i inne elementy wystroju wntrza). W zwizku z planowan nastpn modernizacj trasy postanowiono zmieni geometri uków poprzez zmniejszenie wartoci promieni i zwikszenie wartoci przechyek. Ze wzgldu na pooenie trasy w terenie górzystym nie istniaa moliwo powikszenia promieni uków. Z trasy tej wybrano dwa odcinki. Kady odcinek skada si z toru prostego, krzywych przejciowych i uku koowego. Wykonane badania miay na celu pokazanie wpywu modernizacji szlaku kolejowego na wasnoci ruchowe modelu pojazdu szynowego [13]. Obserwacji i analizie poddano przemieszczenia poprzeczne atakujcego zestawu koowego yp, przedstawione w funkcji drogi pokonywanej przez model. Ponadto wykonano wykresy statecznoci ruchu przedstawiajce zaleno wartoci maksymalnych z bezwzgldnych wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego (|yp|max) w funkcji prdkoci ruchu modelu oraz wartoci midzyszczytowe tych przemieszcze (WMS) równie w funkcji prdkoci ruchu. Zasad tworzenia takich wykresów przedstawiono w [1].. 2. BADANY MODEL Model matematyczny i numeryczny zosta zaczerpnity z [2, 5]. Jest to model pojazdu szynowego dwuosiowego z jednym stopniem usprynowania. Struktura kinematyczna modelu przedstawiona jest na rys. 2.1. Odpowiada ona strukturze wagonu towarowego HSFV1 kolei brytyjskich.. Rys. 2.1. Struktura modelu pojazdu.

(3) Badania wpywu zmian parametrów wybranych fragmentów szlaku kolejowego ….. 25. Model wagonu uzupeniono o poprzecznie i pionowo podatny model toru o strukturze pokazanej na rys. 2.2. Model wagonu i toru s badane cznie, stanowic dyskretny ukad pojazd szynowy – tor o osiemnastu stopniach swobody. a). mty. kty c ty. t. b). 2b z. y. mt. mt kt. kt. ct x. ct. rt mt. kt. ct. Rys. 2.2. Struktura modelu toru: a) poprzecznego, b) pionowego. Model matematyczny ukadu zbudowano zgodnie z metodyk uogólnionego modelowania dynamiki pojazdów szynowych przedstawion w [5]. Dynamika pojazdu jest w tej metodzie dynamik ruchu wzgldnego. Oznacza to, e jej opis jest wykonany wzgldem ruchomych ukadów odniesienia zwizanych z lini rodkow toru. Do opisu zastosowano formalizm Lagrange’a II rodzaju adaptowany do opisu w ukadach ruchomych o postaci:. d §¨ wEw ·¸ wEw dt ¨© wq U ¸¹ wq U. QZU QBU , U. 1,...,k. (1). gdzie qU, QZU, QBU, k oznaczaj odpowiednio: wspórzdne uogólnione ruchu wzgldnego, uogólnione siy zewntrzne, uogólnione siy pozorne, liczb stopni swobody ukadu, Ew – energia kinetyczna ruchu wzgldnego. Równania (1) i sposób wyznaczania si QBU omówiono w [2, 4, 5]. Na nieliniowo równa skadaj si nieliniowoci kinematyczne, siy pozorne, nieliniowa geometria kontaktu koo – szyna oraz nieliniowe siy styczne w tym kontakcie, obliczane za pomoc procedury FASTSIM. Przyjto natomiast liniowo. si sprystoci i tumienia w elementach podatnych..

(4) 26. Mirosaw Dusza, Krzysztof Zboiski. W modelu zastosowano nominalne jak i czciowo zuyte profile kó typu S1002 i nominalne zarysy szyn typu UIC60 o rzeczywistym zarysie, co jest jedn z przyczyn nieliniowej geometrii kontaktu. Informacje o geometrii wprowadzane s do modelu poprzez tablice parametrów kontaktowych. S one tworzone za pomoc programu RSGEO ArgeCare. Program ten wymaga danych wejciowych w postaci zarysów (teoretycznych lub zmierzonych) kó i szyn i na tej podstawie rozwizuje dwuwymiarowe zagadnienie geometryczne, polegajce na poszukiwaniu punktów kontaktu midzy zarysami w funkcji ich wzgldnego przemieszczenia poprzecznego. Ponadto uwzgldnia zmiany parametrów kontaktowych zwizane ze zmiennoci kta nabiegania\ (obrót wokó osi pionowej). Tor ma standardow szeroko 1435mm i pochylenie szyn 1/40. Badany model naley do ukadów fizycznych o tzw. sztywnym pobudzeniu. Oznacza to, e okrelenie wartoci krytycznych jego parametrów ruchowych wymaga zadania wymusze pocztkowych o odpowiedniej wartoci. W badaniach, których wyniki zamieszczono poniej, wymuszenia pocztkowe jako przemieszczenia poprzeczne zestawów koowych o wartoci 0,0045m zadawane byy na oba zestawy koowe.. 3. PARAMETRY BADANYCH TRAS I MODELU POJAZDU Trasy, dla których wykonano badania stanowi fragmenty szlaku kolejowego poddanego modernizacji (podbiciu). Zbadano wasnoci ruchowe modelu pojazdu na ukach i trasach zoonych (tor prosty - krzywa przejciowa - uk koowy - krzywa przejciowa - tor prosty) przed i po modernizacji. Parametry tras zestawione s w tablicy 1. Ponadto na torze prostym okrelano wartoci prdkoci krytycznej modelu wyposaonego w zarysy kó o rónym stopniu zuycia. Tablica 1 Badane trasy zoone Przed modernizacj. Tor prosty. Krzywa przejciowa. Krzywa przejciowa. Tor prosty. Trasa 1. L = 100m. L = 70m. L = 70m. L = 100m. Trasa 2. L = 100m. L = 60m. L = 60m. L = 100m (lub 230m). Po modernizacji. Tor prosty. Krzywa przejciowa. uk koowy. Krzywa przejciowa. Tor prosty. Trasa 1. L = 100m. L = 70m. L = 160m R = 286,4m h = 0,1607m. L = 70m. L = 100m. Trasa 2. L = 100m. L = 60m. L = 50m R = 249,7m h = 0,1396m. L = 60m. L = 100m (lub 230m). uk koowy L = 160m R = 291,6m h = 0,1235m L = 50m R = 254m h = 0,1013m.

(5) Badania wpywu zmian parametrów wybranych fragmentów szlaku kolejowego ….. 27. Zastosowano nastpujce oznaczenia: L – dugo danego odcinka; R – promie uku; h – przechyka toru. Na poszczególnych trasach badano model pojazdu posiadajcy zarys kó typu S1002 nazwane - nominalne, mniej zuyte i bardziej zuyte. Wielko i posta zuycia przedstawia rys. 3.1. 0.01. S1002 Zarys bardziej zuyty. Zarys mniej zuyty. 0.005 0 Zarys nominalny [m]. -0.005 -0.01 -0.015 -0.02 -0.025 -0.03 -0.06. -0.04. -0.02. 0. 0.02. 0.04. 0.06. [m]. Rys. 3.1. Badane zarysy kó typu S1002. Jak mona zaobserwowa zuyciu ulegy gównie powierzchnie toczne kó i uki przejciowe, zuycie obrzey jest niewielkie. Wszystkie koa pojazdu maj jednakow posta zarysów kó. Wraz ze wzrostem zuycia zarysu na powierzchni tocznej nastpuje zmniejszenie wartoci promienia tocznego koa. Jest to uwzgldnione w badanym modelu poprzez odjcie od wartoci nominalnej promienia tocznego koa, wartoci zuycia na okrgu tocznym koa. Przyjto, e dla zarysu mniej zuytego zmniejszenie wartoci promienia tocznego wynosi 0,001m a dla zarysu bardziej zuytego 0,003m. Wykresy przedstawione na rys. 3.2 i 3.3 obrazuj zmian wartoci promieni tocznych koa prawego rp i lewego rl w funkcji przemieszcze poprzecznych rodka zestawu koowego. Mona na nich zaobserwowa rónice w stosunku do zarysu nominalnego S1002, dla którego promienie toczne kó w pooeniu rodkowym zestawu wynosz 0,375m..

(6) 28. Mirosaw Dusza, Krzysztof Zboiski 0.4 0.398. rl. rp. 0.396 0.394. Zarys S1002 mniej zuyty. 0.392. rp, rl; [m]. 0.39 0.388 0.386 0.384 0.382. 0.38 0.378 0.376. Zarys S1002. Zarys S1002. nominalny. nominalny. 0.374 0.372. 0.37 -0.008. -0.004. 0 yp; [m]. 0.004. 0.008. Rys. 3.2. Promienie toczne rp – koa prawego i rl – koa lewego dla zarysu S1002 mniej zuytego w funkcji przemieszcze poprzecznych zestawu koowego 0.4 0.398. rp. rl. Zarys S1002 bardziej zuyty. 0.396 0.394 0.392. rp, rl; [m]. 0.39 0.388 0.386 0.384 0.382. 0.38 0.378. Zarys S1002. Zarys S1002. 0.376. nominalny. nominalny. 0.374 0.372. 0.37 -0.008. -0.004. 0 yp; [m]. 0.004. 0.008. Rys. 3.3. Promienie toczne rp – koa prawego i rl – koa lewego dla zarysu S1002 bardziej zuytego w funkcji przemieszcze poprzecznych zestawu koowego.

(7) Badania wpywu zmian parametrów wybranych fragmentów szlaku kolejowego ….. 29. Dla poszczególnych zarysów policzono ekwiwaltn stokowato Oe w zakresie przemieszcze poprzecznych zestawu koowego yp od –0,009m do 0,009m wg zalenoci:. Oe. tgJ. 1 rp rl 2 yp. gdzie: rp, rl – promienie toczne koa prawego i lewego; yp – przemieszczenia poprzeczne rodka zestawu koowego z pooenia rodkowego; J - kt wierzchokowy stoka zarysu koa. Wyniki oblicze przedstawiono na rys. 3.4 i 3.5. 3 2.8. Zarys S1002 mniej zuyty. 2.6 2.4 2.2. 2. tg. J. 1.8 1.6 1.4. Zarys S1002 nominalny. 1.2. 1 0.8 0.6 0.4 0.2. 0 -0.008. -0.004. 0 yp; [m]. 0.004. 0.008. Rys. 3.4. Ekwiwalentna stokowato dla zarysu S1002 mniej zuytego.

(8) 30. Mirosaw Dusza, Krzysztof Zboiski 3 Zarys S1002 bardziej zuyty. 2.8 2.6 2.4 2.2. 2. tg. J. 1.8 1.6 1.4. Zarys S1002 nominalny. 1.2. 1 0.8 0.6 0.4 0.2. 0 -0.008. -0.004. 0 yp; [m]. 0.004. 0.008. Rys. 3.5. Ekwiwalentna stokowato dla zarysu S1002 bardziej zuytego. 4. WYNIKI BADA. Badania rozpoczto od wyznaczenia wartoci prdkoci krytycznej (vn) modelu z nominalnymi zarysami kó S1002 i szyn UIC60. Prdko krytyczna okrelana jest na torze prostym i w tym przypadku wynosi 41m/s (rys. 4.1 i 4.2). Oznacza to, e dla prdkoci ruchu mniejszych od tej wartoci wystpuj wycznie rozwizania stateczne stacjonarne WMS=0 i zestawy koowe po wytrceniu z pooenia równowagi wymuszeniami pocztkowymi w miar pokonywania drogi ustawiaj si centralnie w torze |yp|max = 0. Przy prdkoci 41m/s nastpuje bifurkacja rozwiza do statecznych okresowych o charakterze cyklu granicznego. W pocztkowym zakresie tego obszaru (do prdkoci 46m/s) mona zauway wzrost wartoci przemieszcze i WMS, po czym nastpuje stabilizacja |yp|max na poziomie ok. 0,0048m i WMS ok. 0,0096m a do prdkoci wykolejenia 200m/s. Kolejn badan tras by uk koowy z trasy 1 (tablica 1), przed modernizacj (podbiciem) o promieniu R=291,6m i przechyce h=0,1235m a nastpnie po modernizacji, w wyniku której promie zmniejszy si do R=286,4m i przechyka wzrosa do h=0,1607m..

(9) Badania wpywu zmian parametrów wybranych fragmentów szlaku kolejowego ….. 31. 0.004. Wykolejenie (40m/s). 0.008 Tor prosty Wykolejenie (200m/s). 0.003 Po podbiciu. 0.002. (R=286.4m, h=0.1607m). 0.001 0. S1002/UIC60. T1. (R=291.6m, h=0.1235m). Wykolejenie. Po podbiciu (R=286.4m, h=0.1607m). 0.004. Wykolejenie (39m/s przed podbiciem 40m/s po podbiciu). 0.002. Prdko krytyczna (41m/s). Prdko krytyczna (41m/s). Tor prosty. 0. 0.006. Tor prosty. Przed podbiciem. Tor prosty. 0.005. 0.01. S1002/UIC60. T-1. Wykolejenie (39m/s). WMS; [m]. |yp|max; [m]. 0.006. (R=291.6m, h=0.1235m). 0.007. Przed podbiciem. Badania rozpoczto od prdkoci 10m/s (36km/h). Jak mona zauway wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego rosn wraz ze wzrostem prdkoci ruchu od ok. 0,003m do ok. 0,0065m. Jest to efektem niezrównowaenia si dziaajcych w paszczy nie poziomej modelu. Rónice wartoci przemieszcze dla stanu przed i po modernizacji s bardzo mae. Wykolejenie na uku przed modernizacj pojawia si przy prdkoci 39m/s, natomiast po modernizacji przy 40m/s. Oznacza to, e na tej trasie nie ma moliwoci ruchu z prdkoci wiksz od krytycznej. Wystpuj wycznie rozwizania stateczne stacjonarne (WMS=0).. 0 40. 80 120 v; [m/s]. 160. 200. Rys. 4.1. Wartoci maksymalne z bezwzgldnych wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego modelu z nominalnymi zarysami kó i szyn (uk z trasy 1). 0. 40. 80 120 v; [m/s]. 160. 200. Rys. 4.2. Wartoci midzyszczytowe przemieszcze poprzecznych zestawu koowego modelu z nominalnymi zarysami kó i szyn (uk z trasy 1). 0.004. Wykolejenie (36m/s). 0.008 Tor prosty Wykolejenie (200m/s). 0.003 Po podbiciu. 0.006. Przed podbiciem. Wykolejenie. (R=249.7m, h=0.1396m). 0.004 0.002. 0.001. S1002/UIC60. T2. Po podbiciu. (R=249.7m, h=0.1396m). 0.002. Tor prosty. (R=254m, h=0.1013m). Tor prosty. 0.005. 0.01. S1002/UIC60. T-2. Wykolejenie (35m/s). WMS; [m]. |yp|max; [m]. 0.006. (R=254m, h=0.1013m). 0.007. Przed podbiciem. Nastpn badan tras by uk koowy z trasy 2 o promieniu R=254m i przechyce h=0,1013m przed modernizacj oraz promieniu R=249,7m i przechyce h=0,1396m po modernizacji. Tutaj równie badania rozpoczto od prdkoci 10m/s (rys. 4.3 i 4.4).. Wykolejenie (35m/s przed podbiciem 36m/s po podbiciu) Prdko krytyczna (41m/s). Prdko krytyczna (41m/s). 0. 0 0. 40. 80 120 v; [m/s]. 160. 200. Rys. 4.3. Wartoci maksymalne z bezwzgldnych wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego modelu z nominalnymi zarysami kó i szyn (uk z trasy 2). 0. 40. 80 120 v; [m/s]. 160. 200. Rys. 4.4. Wartoci midzyszczytowe przemieszcze poprzecznych zestawu koowego modelu z nominalnym zarysami kó i szyn (uk z trasy 2).

(10) 32. Mirosaw Dusza, Krzysztof Zboiski. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego narastaj wraz ze wzrostem prdkoci ruchu od ok. 0,003m do ok. 0,0062m przy prdkoci wykolejenia, która przed modernizacj wynosi 35m/s a po modernizacji 36m/s. Równie na tej trasie nie ma moliwoci ruchu z prdkoci wiksz od krytycznej. Wystpuj wycznie rozwizania stateczne stacjonarne (WMS=0). Jak mona zauway modernizacja ma niewielki wpyw na wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego, jednake jest to wpyw pozytywny gdy wartoci przemieszcze ulegy zmniejszeniu. Kolejnym badanym przypadkiem jest model z czciowo zuytymi zarysami kó typu S1002, nazwanymi ,,mniej zuyty”. Prdko krytyczna wyznaczona na torze prostym ma tutaj warto 37,5m/s (rys. 4.5 i 4.6). Dla prdkoci mniejszych wystpuj wycznie rozwizania stateczne stacjonarne (WMS=0), dla wikszych wycznie stateczne okresowe o od ok. 0,003m do ok. 0,0062m przy prdkoci wykolejenia, która przed modernizacj wynosi 35m/s a po modernizacji 36m/s. Równie na tej trasie nie ma moliwoci ruchu z prdkoci wiksz od krytycznej. Wystpuj wycznie rozwizania stateczne stacjonarne (WMS=0). Jak mona zauway modernizacja ma niewielki wpyw na wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego, jednake jest to wpyw pozytywny gdy wartoci przemieszcze ulegy zmniejszeniu w charakterze cyklu granicznego. Wykolejenie pojawia si przy prdkoci 90m/s. Nastpnie wykonano symulacje ruchu na uku koowym z trasy 1, przed modernizacj (R=291,6m i h=0,1235m) i po modernizacji (R=286,4m i h=0,1607m). S1002 mniej zuyty/UIC60 T1. Tor prosty. Tor prosty. 0.008. Wykolejenie. 0.004. WMS; [m]. |yp|max; [m]. 0.01. S1002 mniej zuyty/UIC60. T-1. Wykolejenie (37m/s). 0.003. Tor prosty. Przed podbiciem (R=291.6m, h=0.1235m). 0.006 0.004 0.002. Po podbiciu. Prdko krytyczna (37,5m/s). (R=286.4m, h=0.1607m). 0.001 10. 20. 30. 0. 40 50 60 v; [m/s]. 70. 80. 90. Rys. 4.5. Wartoci maksymalne z bezwzgldnych wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego modelu z mniej zuytymi zarysami kó i nominalnymi zarysami szyn (uk z trasy 1). Wykolejenie. Przed podbiciem (R=291.6m, h=0.1235m). 0.002. Po podbiciu (R=286.4m, h=0.1607m). Wykolejenie. 0.005. Prdko krytyczna (37,5m/s). Tor prosty. 10. 20. 30. 40 50 60 v; [m/s]. 70. 80. 90. Rys. 4.6. Wartoci midzyszczytowe przemieszcze poprzecznych zestawu koowego modelu z mniej zuytymi zarysami kó i nominalnymi zarysami szyn (uk z trasy 1). Rozpoczto od prdkoci 10m/s, przy której przemieszczenia poprzeczne zestawu maj warto ok. 0,0012 ... 0,0014m. S wic o ok. 0,0016m mniejsze ni na tej samej trasie w modelu z nominalnymi zarysami kó. Rónica ta widoczna jest w caym zakresie moliwych prdkoci ruchu. Wystpuj wycznie rozwizania stateczne stacjonarne (WMS=0). Tutaj równie modernizacja toru nie ma znaczcego wpywu na wartoci.

(11) Badania wpywu zmian parametrów wybranych fragmentów szlaku kolejowego ….. 33. przemieszcze poprzecznych zestawu koowego. Jednake zmniejszenie wartoci przemieszcze jest zjawiskiem pozytywnym. Zarówno przed jak i po modernizacji prdko wykolejenia wynosi 37m/s, a wic równie ruch z prdkoci wiksz od krytycznej jest niemoliwy. Analogicznie na uku trasy 2 (rys. 4.7 i 4.8), przed modernizacj (R=254m i h=0,1013m) i po modernizacji (R=249,7m i h=0,1396m), przemieszczenia maj zblione wartoci i s o ok. 0,0012 ... 0,0014m mniejsze ni w modelu z nominalnymi zarysami (rys. 4.3 i 4.4). Wystpuj wycznie rozwizania stateczne stacjonarne (WMS=0). Prdko wykolejenia w obu przypadkach wynosi 35m/s. S1002 mniej zuyty/UIC60 T2. Tor prosty. Tor prosty. 0.008. Wykolejenie. 0.004. 0.003. Tor prosty. Wykolejenie (35m/s). WMS; [m]. |yp|max; [m]. 0.01. S1002 mniej zuyty/UIC60. T-2. Przed podbiciem (R=254m, h=0.1013m). 0.006 0.004. Po podbiciu (R=249.7m, h=0.1396m). 0.002 Prdko krytyczna (37,5m/s). 0.001. 0 10. 20. 30. 40 50 60 v; [m/s]. 70. 80. 90. Rys. 4.7. Wartoci maksymalne z bezwzgldnych wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego modelu z mniej zuytymi zarysami kó i nominalnymi zarysami szyn (uk z trasy 2). Wykolejenie. Przed podbiciem (R=254m, h=0.1013m). 0.002. Po podbiciu (R=249.7m, h=0.1396m). Wykolejenie. 0.005. Prdko krytyczna (37,5m/s). Tor prosty. 10. 20. 30. 40 50 60 v; [m/s]. 70. 80. 90. Rys. 4.8. Wartoci midzyszczytowe przemieszcze poprzecznych zestawu koowego modelu z mniej zuytymi zarysami kó i nominalnymi zarysami szyn (uk z trasy 2). Ostatnim badanym zarysem kó jest zarys S1002 nazwany ,,bardziej zuyty”. Rozpoczto od okrelenia wartoci prdkoci krytycznej na torze prostym. Okazuje si, e charakterystyczn cech modelu z tak 0.001 zuytymi zarysami kó s rozwizania stateczne okresowe o charakterze cyklu 0.0005 granicznego w caym zakresie moliwych prdkoci ruchu. Przykad takich rozwiza 0 (w funkcji drogi) dla prdkoci ruchu 4 m/s (14,4km/h) zamieszczono na rys. 4.9. Dla -0.0005 prdkoci mniejszych od krytycznej, przemieszczenia maj WMS ok. 0,002m -0.001 i zmieniaj si nieznacznie w raz ze 0 100 200 300 400 500 wzrostem prdkoci ruchu (rys. 4.10 [m] i 4.11). Przy prdkoci krytycznej 38m/s Rys. 4.9. Przemieszczenia poprzeczne zestawu nastpuje skokowa zmiana wartoci koowego modelu z bardziej zuytymi zarysami przemieszcze i WMS (do ok. 0,005m), kó S1002 dla prdkoci ruchu 4m/s które nastpnie rosn nieznacznie wraz ze yp; [m]. 4m/s.

(12) 34. Mirosaw Dusza, Krzysztof Zboiski. wzrostem prdkoci ruchu. Prdko wykolejenia wynosi 110 m/s. Tak jak dla poprzednich zarysów zbadano wasnoci ruchowe modelu na uku trasy 1 przed modernizacj (R=291,6m i h=0,1235m) i po modernizacji (R=286,4m i h=0,1607m). W caym zakresie moliwych prdkoci ruchu wystpuj rozwizania stateczne stacjonarne (WMS=0). Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego s o ok. 0,002m mniejsze od tych dla nominalnych zarysów i nieco mniejsze od przemieszcze dla poprzednio badanych zarysów. Równie tutaj modernizacja trasy ma niewielki lecz pozytywny wpywu na badane wasnoci modelu. Prdko wykolejenia w obu przypadkach wynosi 39m/s. Jest wic o 1m/s (R=291.6m, h=0.1235m). 0.006. S1002 bardziej zuyty/UIC60. T-1. Wykolejenie (39m/s). Tor prosty. 0.005. 0.003. Tor prosty Wykolejenie (110m/s). 0.002. WMS; [m]. 0.004 0.003 Tor prosty. Przed podbiciem. Po podbiciu. 0.001. Prdko krytyczna (38m/s). (R=286.4m, h=0.1607m). 0. 20. Prdko krytyczna (38m/s). 0.002. rosty Tor p. 0. Wykolejenie (110m/s). (R=291.6m, h=0.1235m). Po podbiciu (R=286.4m, h=0.1607m). 0. 40 60 v; [m/s]. 80. 0. 100. Rys. 4.10. Wartoci maksymalne z bezwzgldnych wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego modelu z bardziej zuytymi zarysami kó i nominalnymi zarysami szyn (uk z trasy 1). 20. (39m/s). |yp|max; [m]. 0.004. 0.001. S1002 bardziej zuyty/UIC60 T1. Tor prosty. Przed podbiciem. Wykolejenie. 0.005. 40 60 v; [m/s]. 80. 100. Rys. 4.11. Wartoci midzyszczytowe przemieszcze poprzecznych zestawu koowego modelu z bardziej zuytymi zarysami kó i nominalnymi zarysami szyn (uk z trasy 1). wiksza od prdkoci krytycznej, jednak wystpuj wycznie rozwizania stateczne stacjonarne. Wyniki uzyskane z bada na uku trasy 2 przed modernizacj (R=254m i h=0,1013m) i po modernizacji (R=249,7m i h=0,1396m) zamieszczono na rys. 4.12 i 4.13.. |yp|max; [m]. 0.004. Tor prosty. Tor prosty Wykolejenie (110m/s). 0.002 rosty Tor p. Po podbiciu. 0.004. 0.002 0.001. Prdko krytyczna (38m/s). 0 0. 20. 40 60 v; [m/s]. 80. 100. Rys. 4.12. Wartoci maksymalne z bezwzgldnych wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego modelu z zuytymi zarysami”. bardziej zuytymi zarysami kó i nominalnymi zarysami szyn (uk z trasy 2). Wykolejenie. 0.003. (R=249.7m, h=0.1396m). 0. S1002 bardziej zuyty/UIC60. T2. 0.005. Wykolejenie (36m/s). 0.003. 0.001. 0.006. S1002 bardziej zuyty/UIC60. T-2. Wykolejenie (35m/s). Tor prosty. Przed podbiciem (R=254m, h=0.1013m). WMS; [m]. 0.005. rosty Tor p Przed podbiciem (R=254m, h=0.1013m). Po podbiciu (R=249.7m, h=0.1396m). 0. 20. Wykolejenie (35m/s przed podbiciem 36m/s po podbiciu) Prdko krytyczna (38m/s). 40 60 v; [m/s]. 80. 100. Rys. 4.13. Wartoci midzyszczytowe przemieszcze poprzecznych zestawu koowego modelu z bardziej zuytymi zarysami kó i nominalnymi zarysami szyn (uk z trasy 2).

(13) Badania wpywu zmian parametrów wybranych fragmentów szlaku kolejowego ….. 35. Tutaj równie przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego s o ok. 0,002m mniejsze ni w modelu z nominalnymi zarysami kó i ok. 0,0006m mniejsze ni w modelu z ,,mniej zuytymi zarysami”. Równie w caym zakresie moliwych prdkoci ruchu wystpuj rozwizania stateczne stacjonarne. Prdko wykolejenia wynosi 35m/s przed modernizacj i 36m/s po modernizacji. Tak wic równie tutaj ruch z prdkoci wiksz od krytycznej jest niemoliwy. Kolejny etap bada zawiera prób okrelenia wasnoci ruchowych modelu na trasach zoonych wg tablicy 1. Porównano wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego dla rónych prdkoci ruchu przed i po modernizacji trasy. W kadym przypadku na zestawy koowe nakadane byy wymuszenia pocztkowe. Rozpoczto od modelu z ,,mniej zuytymi” zarysami kó. Wykresy na rysunkach 4.14 - 4.17 przedstawiaj wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego na trasie 1, przed i po modernizacji dla prdkoci ruchu kolejno: 50, 60, 70 i 80km/h. Pierwsze 100m trasy to tor prosty. Mona zauway , e po wytrceniu z pooenia równowagi wymuszeniami pocztkowymi zestaw koowy ustawia si centralnie w torze. Nastpnie rozpoczyna si krzywa przejciowa o dugoci 70m i dalej uk koowy o dugoci 160m. Tutaj dopiero zauwaalne s rónice w wartociach przemieszcze przed i po modernizacji. S jednak niewielkie ok. 0,0002m. Dalej krzywa przejciowa 70m i tor prosty 100m. S1002 mniej zuyty/UIC60. 0.003. 50 km/h. 0.002. 0.002. 0.001. 0.001. yp; [m]. yp; [m]. 0.003. 0. -0.001. 100. 200. 0. Po podbiciu. Przed podbiciem. 0. 60 km/h. -0.001. Po podbiciu. -0.002. S1002 mniej zuyty/UIC60. 300. 400. 500. [m]. Rys. 4.14. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 1 (zoonej) przy prdkoci ruchu 50km/h. Przed podbiciem. -0.002 0. 100. 200. 300. 400. 500. [m]. Rys. 4.15. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 1 (zoonej) przy prdkoci ruchu 60km/h. W miar zwikszania prdkoci ruchu rosn wartoci przemieszcze na uku, jednak rónice midzy stanem przed modernizacj i po modernizacji pozostaj na zblionym poziomie. Analogiczne symulacje wykonano na trasie 2. Wyniki dla kolejno zwikszanych prdkoci ruchu zestawione s na rys. 4.18 ... 4.21. Pierwszy odcinek trasy to tor prosty o dugoci 100m. Nastpnie krzywa przejciowa 60m i uk koowy o dugoci 50m. W tym przypadku równie przemieszczenia po modernizacji s nieznacznie mniejsze ni przed modernizacj. Dalsza cz trasy to krzywa przejciowa 60m i tor prosty 100m..

(14) 36. Mirosaw Dusza, Krzysztof Zboiski. 0.003. S1002 mniej zuyty/UIC60. 0.003. 70 km/h. 0.001. 0.001 yp; [m]. 0.002. yp; [m]. 0.002. 0. S1002 mniej zuyty/UIC60. 0. -0.001. -0.001 Po podbiciu. -0.002. Po podbiciu. -0.002. Przed podbiciem. Przed podbiciem. -0.003. -0.003 0. 100. 200. 300. 400. 0. 500. 100. 0.003. 50 km/h. 0.002. 0.002. 0.001. 0.001 yp; [m]. yp; [m]. S1002 mniej zuyty/UIC60. 0 Po podbiciu. -0.002. 300. 400. 500. Rys. 4.17. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 1 (zoonej) przy prdkoci ruchu 80km/h. Rys. 4.16. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 1 (zoonej) przy prdkoci ruchu 70km/h. -0.001. 200 [m]. [m]. 0.003. 80 km/h. S1002 mniej zuyty/UIC60. 0. -0.001. Po podbiciu. -0.002. Przed podbiciem. 60 km/h. Przed podbiciem. -0.003. -0.003 0. 100. 200 [m]. 300. 400. Rys. 4.18. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 2 (zoonej) przy prdkoci ruchu 50km/h. 0. 100. 200 [m]. 300. 400. Rys. 4.19. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 2 (zoonej) przy prdkoci ruchu 60km/h. Model z ,,bardziej zuytymi” zarysami kó S1002 charakteryzowa si rozwizaniami statecznymi okresowymi o charakterze cykli granicznych w caym zakresie moliwych prdkoci ruchu na torze prostym. Wyniki bada na trasie 1 dla kolejno zwikszanych prdkoci ruchu zestawione s na rysunkach 4.22 - 4.25. Pierwszy odcinek to tor prosty 100m, gdzie po wytrceniu z pooenia równowagi zestaw koowy przemieszcza si cyklicznie wokó pooenia rodkowego w torze z amplitud ok. 0,002m..

(15) Badania wpywu zmian parametrów wybranych fragmentów szlaku kolejowego ….. 0.003. S1002 mniej zuyty/UIC60. 0.003. 70 km/h. 0.001. 0.001 yp; [m]. 0.002. yp; [m]. 0.002. 0. -0.001. 37. S1002 mniej zuyty/UIC60. 80 km/h. 0. -0.001. Po podbiciu. Po podbiciu. -0.002. -0.002 Przed podbiciem. -0.003. Przed podbiciem. -0.003. 0. 100. 200 [m]. 300. 400. 0. Rys. 4.20. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 2 (zoonej) przy prdkoci ruchu 70km/h. 100. 200 [m]. 300. 400. Rys. 4.21. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 2 (zoonej) przy prdkoci ruchu 80km/h. Nastpnie zaczyna si krzywa przejciowa o dugoci 70m, na której rozwizania stateczne okresowe przechodz w stateczne stacjonarne. Taki charakter rozwiza utrzymuje si na uku koowym o dugoci 160m i kolejnej krzywej przejciowej o dugoci 70m. Wjazd na odcinek toru prostego powoduje ponowne przejcie do rozwiza statecznych okresowych o charakterze cyklu granicznego, które utrzymuj si do koca badanej trasy. Aby pokaza tendencje rozwiza w dalszej czci trasy wyduono odcinek toru prostego do 200 (230)m. 0.002. S1002 bardziej zuyty/UIC60. 0.002. 50 km/h. 60 km/h. 0.001 yp; [m]. 0.001 yp; [m]. S1002 bardziej zuyty/UIC60. 0. -0.001. 0. -0.001. Po podbiciu. Po podbiciu. Przed podbiciem. Przed podbiciem. -0.002. -0.002 0. 100. 200. 300 [m]. 400. 500. 600. Rys. 4.22. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 1 (zoonej) przy prdkoci ruchu 50km/h(zarysy kó S1002 bardziej zuyte). 0. 100. 200. 300 [m]. 400. 500. 600. Rys. 4.23. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 1 (zoonej) przy prdkoci ruchu 60km/h(zarysy kó S1002 bardziej zuyte).

(16) 38. Mirosaw Dusza, Krzysztof Zboiski. 0.002. S1002 bardziej zuyty/UIC60. 0.002. 70 km/h. 80 km/h. 0.001 yp; [m]. 0.001 yp; [m]. S1002 bardziej zuyty/UIC60. 0. 0. -0.001. -0.001 Po podbiciu. Po podbiciu. -0.002. Przed podbiciem. -0.002 0. 100. 200. 300 [m]. 400. 500. 600. Przed podbiciem. 0. Rys. 4.24. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 1 (zoonej) przy prdkoci ruchu 70km/h(zarysy kó S1002 bardziej zuyte). 100. 200. 300 [m]. 400. 500. 600. Rys. 4.25. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 1 (zoonej) przy prdkoci ruchu 80km/h (zarysy kó S1002 bardziej zuyte). Jak mona zauway w miar zwikszania prdkoci ruchu rosn wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego na uku. S jednak nieco mniejsze ni dla modelu z ,,mniej zuytymi” zarysami na tej samej trasie przy analogicznych prdkociach. Nieznacznie wzrasta równie amplituda przemieszcze na torze prostym wraz ze wzrostem prdkoci ruchu. Jednake rónice amplitud na torze prostym przed i po modernizacji s znikome. Równie w tym przypadku modernizacja toru spowodowaa niewielkie zmniejszenie wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego w uku. Analogiczne symulacje wykonano na trasie 2. Wyniki zestawiono na rysunkach 4.26 - 4.29. Tutaj równie na torze prostym (pierwsze 100m) wystpuj rozwizania stateczne okresowe, które przechodz w stateczne stacjonarne na krzywej przejciowej o dugoci 60m. 0.002. S1002 bardziej zuyty/UIC60. 0.002. 50 km/h. 60 km/h. 0.001 yp; [m]. 0.001 yp; [m]. S1002 bardziej zuyty/UIC60. 0. Po podbiciu. -0.001. 0. -0.001. Po podbiciu. Przed podbiciem. Przed podbiciem. -0.002. -0.002 0. 100. 200. 300. 400. 500. [m]. Rys. 4.26. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 2 (zoonej) przy prdkoci ruchu 50km/h (zarysy kó S1002 bardziej zuyte). 0. 100. 200. 300. 400. 500. [m]. Rys. 4.27. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 2 (zoonej) przy prdkoci ruchu 60km/h (zarysy kó S1002 bardziej zuyte).

(17) Badania wpywu zmian parametrów wybranych fragmentów szlaku kolejowego ….. 0.002. S1002 bardziej zuyty/UIC60. 0.002. 70 km/h. 80 km/h. 0.001 yp; [m]. 0.001 yp; [m]. S1002 bardziej zuyty/UIC60. 39. 0. 0. -0.001. -0.001. Po podbiciu Po podbiciu. -0.002 -0.002. Przed podbiciem. Przed podbiciem. 0. 100. 200. 300. 400. 500. 0. 100. 200. 300. 400. 500. [m]. [m]. Rys. 4.28. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 2 (zoonej) przy prdkoci ruchu 70 km/h (zarysy kó S1002 bardziej zuyte). Rys. 4.29. Przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego modelu na trasie 2 (zoonej) przy prdkoci ruchu 80 km/h (zarysy kó S1002 bardziej zuyte). Taki charakter rozwiza utrzymuje si na uku koowym o dugoci 50m i nastpujcej po min krzywej przejciowej o dugoci 60m. Wjazd na tor prosty powoduje ponowne przejcie do rozwiza statecznych okresowych o charakterze cyklu granicznego. Tak jak na poprzedniej trasie, przemieszczenia poprzeczne zestawu koowego na uku narastaj wraz ze wzrostem prdkoci ruchu, s jednak nieco mniejsze ni dla modelu z ,,mniej zuytymi” zarysami. Równie w tym przypadku mona zauway , e modernizacja toru w niewielkim stopniu zmniejszya wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego na uku.. 5. PODSUMOWANIE Powikszenie przechyki toru w ukach jest naturalnym czynnikiem modernizacyjnym w deniu do zwikszenia prdkoci ruchu. Wpywa równie na popraw parametrów bezpieczestwa i komfortu jazdy. Naley jednak pamita , e na trasie mog porusza si pocigi towarowe z mniejszymi prdkociami. W tym przypadku nadmierne wartoci przechyek mog wpywa niekorzystnie zarówno na pojazdy jak i tor. W wietle badanych parametrów, modernizacja toru spowodowaa niewielkie zmniejszenie wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego w ukach, co jest zjawiskiem korzystnym. Zuycie zarysów kó ma wpyw na wasnoci ruchowe modelu. Nie mona jednak stwierdzi jednoznacznie, czy jest to wpyw pozytywny czy negatywny. Pozytywnym wpywem jest zmniejszanie wartoci przemieszcze poprzecznych zestawu koowego wraz ze wzrostem zuycia zarysu. Negatywny wpyw, to wystpowanie rozwiza statecznych okresowych na torze prostym w caym zakresie moliwych prdkoci ruchu. Oznacza to, e zestawy koowe z tak zuytymi zarysami staj si generatorami drga samowzbudnych..

(18) 40. Mirosaw Dusza, Krzysztof Zboiski. Niewtpliwie negatywny wpyw ma równie gwatowny wzrost ekwiwalentnej stokowatoci w zakresie przemieszcze poprzecznych zestawu koowego wikszych od |0,015|m (rys. 3.4 i 3.5). Wzrost wartoci ekwiwalentnej stokowatoci prowadzi do zmniejszenia wartoci prdkoci odpowiadajcej czstoci krytycznej [12]. W zwizku z tym im wiksza jest ekwiwalentna stokowato tym mniejsza dopuszczalna wartoci prdkoci ruchu pojazdu.. Bibliografia 1.. 2. 3. 4.. 5.. 6. 7.. 8.. 9. 10.. 11. 12.. 13.. Dusza M.: Badania symulacyjne statecznoci ruchu pojazdu szynowego w uku z uwzgldnieniem wpywu zmian wybranych parametrów ukadu, Praca doktorska, Politechnika Warszawska, Warszawa, 2005. Kisilowski J., red.: Dynamika ukadu mechanicznego pojazd szynowy – tor, PWN, Warszawa, 1991. Zboiski K.: Dynamical investigation of railway vehicles on a curved track, European Journal of Mechanics, Part A Solids, vol. 17, no. 6: 1001-1020, 1998. Zboiski K.: Importance of imaginary forces and kinematic type nonlinearities for description of railway vehicle dynamics, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, part F, Journal of Rail and Rapid Transit, vol. 213, F3: 199-210, 1999. Zboiski K.: Metodyka modelowania dynamiki pojazdów szynowych z uwzgldnieniem zadanego ruchu unoszenia i jej zastosowania, Prace Naukowe Transport, z. 43, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000. Zboiski K., Dusza M.: Symulacyjne badania dynamiki pojazdów szynowych w torze zakrzywionym, Materiay XV Konferencji Pojazdy Szynowe, tom 2: 343-352, Politechnika Wrocawska, 2002. Zboiski K., Dusza M.: Komputerowe badania wpywu przechyki toru na stateczno pojazdu szynowego w uku, Zeszyty Naukowe Politechniki lskiej, Transport, Zeszyt 49, str. 295-304, Gliwice 2003. Zboiski K., Dusza M.: Analysis and method of the analysis of non-linear lateral stability of railway vehicles in curved track, Proceedings of 18th IAVSD Symposium, Kanagawa 2003, suplement do Vehicle System Dynamics vol. 41: 222-231, 2004. Dusza M., Zboiski K.: Badania statecznoci ruchu pojazdu szynowego w torze zakrzywionym metod symulacji komputerowej. Kwartalnik naukowo – techniczny Pojazdy Szynowe nr 2/2004, str. 28 y 34. Zboiski K., Dusza M.: Development of the method and analysis for non-linear lateral stability of railway vehicles in a curved track, Proceedings of 19th IAVSD Symposium, Mediolan 2005, suplement do Vehicle System Dynamics vol. 44: 147-157, 2006. Zboiski K., Dusza M.: Analysis of lateral stability of a railway vehicle model in the context of different values of rail inclination, Proceedings of 10th VSDIA Conference, Budapest 2006. Soba M.: Ekwiwalentna stokowato styku koo-szyna i jej znaczenie we wspóczesnej analizie wasnoci dynamicznych pojazdu szynowego. Instytut Pojazdów Szynowych ‘Tabor’. Kwartalnik naukowo – techniczny Pojazdy Szynowe nr 1/2005, str. 30-39, Pozna 2005. Praca zbiorowa pod kier. A. Chudzikiewicza, Zwikszenie prdkoci pocigów na ukach o maych promieniach, Projekt EUREKA, E! TOSIN, 2007-2009, Wydzia Transportu PW.. STUDIES OF INFLUENCE OF CHANGING THE PARAMETERS OF RAILWAY ROUTE SELECTED SECTIONS ON RAIL VEHICLE RIDE PROPERTIES Summary: Modernisation of railway routes is a priority task for the railway infrastructure owners. The factor forcing modernisation is constantly growing competition from motor and aerial transport being in dynamical development. Modern designs of rail vehicles make it possible to change parameters of the routes, what can be made during their modernisation. The modern vehicle and the route adapted to vehicle capabilities are two main technical factors that have got direct influence on the effectiveness of railway transport. In the present.

(19) Badania wpywu zmian parametrów wybranych fragmentów szlaku kolejowego ….. 41. article the effort was undertaken to asses influence of parameters change for the selected fragments of the railway route on ride properties of the railway vehicle model. Change in vehicle properties for the selected sections of the route were also studied, which arise from wear of the wheel rolling surface. Leading wheelset’s lateral displacements is observed and analysed parameter of vehicle–track system. Diagrams of this parameter versus distance or velocity are the forms of results presentation. Keywords: railway vehicle, railway route, track superelevation, equivalent conicity. Recenzent: Andrzej Chudzikiewicz.

(20)