Tor doświadczalny PKP - przykład powiązań transportu kolejowego z nauką i przemysłem

M IĘD ZY N A R O D O W A K O N FER EN C JA

N A U K O W O -TEC H N IC ZN A _________________

TR A N SPO R T SZY N O W Y -N A U K A -PR ZEM Y SŁ’99

ZESZY TY NA U K O W E PO LITECH N IK I ŚLĄSKIEJ 1999

TR A N SPO R T z.36, nr kol. 1429

M arek K R U ŻY Ń SK I, M ieczysław LEW AND OW SKI, M arek M A JEW SK I

TOR DOŚWIADCZALNY PKP - PRZYKŁAD POWIĄZAŃ TRANSPORTU KOLEJOWEGO Z NAUKĄ I PRZEMYSŁEM

S treszczen ie. W artykule przedstaw iono charakterystykę toru dośw iadczalnego PKP w Żm i­

grodzie o raz wyniki dw uletniej jego eksploatacji. Sform ułowano wnioski dotyczące dalszego rozw oju obiektu.

PKP RESEARCH TRACK - AN EXAMPLE OF CONNECTION BETWEEN RAILROAD TRANSPORT, SCIENCE AND INDUSTRY

S u m m a ry . In this paper characteristics as well as results o f tw o-year service o f PK P research track in Żm igród have been persented. C onclusions for further developm ent have been given.

1. W PROW ADZENIE

R ozpoczęte w połow ie roku 1987 roboty przy budowie toru dośw iadczalnego m im o licznych za­

ham ow ań w trakcie realizacji - spow odow anych głównie koniecznością dostosow ania tem pa budowy do bieżących m ożliw ości finansow ych przedsiębiorstw a PKP - doprow adziły w połow ie roku 1996 do zbudow ania podstaw ow ego układu torow ego łącznie z ruchem kolejowym . W pełnym zakresie zakoń­

czona została rów nież budow a obiektów infrastruktury otoczenia.

O siągnięty stan zaaw ansow ania, aczkolw iek nie stanow ił całkow itego zakończenia budowy obiektu, stw orzył jed n ak warunki do uruchom ienia jego wstępnej eksploatacji w roku 1996 [1].

O ficjalne otw arcie toru dośw iadczalnego um ożliw iło w prawdzie rozpoczęcie jeg o wstępnej eks­

ploatacji, ale liczne problem y zw iązane z jej prow adzeniem m ogły być rozw iązyw ane tylko sukce­

syw nie, na podstaw ie dośw iadczeń uzyskiw anych podczas kolejnych ja z d pociągu próbnego i w trak­

cie licznych późniejszych eksperym entów .

16 M .K ru ż y ń sk i, M L e w a n d o w sk i i inni

A by udokum entow ać proces dochodzenia do stanu pełnej zdolności eksploatacyjnej, przedsta­

wiając przy tym udział przem ysłu w przystosow aniu obiektu do działalności naukow ej, przedstawiono przebieg w stępnej eksploatacji toru, jej skutki oraz w nioski wynikające z poszczególnych obserwacji i dośw iadczeń z nią związanych.

2. PR ZYG O TOW A NIE OBIEKTU DO W ST ĘPNEJ EKSPLOA TAC JI

2.1. Charakterystyka obiektu

W w yniku w ykonanych prac w roku 1997 całościow y układ obiektu „Tor dośw iadczalny - Poligon badaw czy PK P” został wzbogacony o nowe elementy. Usytuowanie obiektu na tle infrastruktury otocze­

nia ilustruje rysunek 1.

Ogólna charakterystyka obiektu uwzględniająca w ykonaną rozbudow ę w roku 1997 przedstaw ia się następująco:

• T o r p o d staw o w y do prow adzenia różnego rodzaju badań eksperym entalnych w w arunkach rze­

czywistych je s t torem krzyw oliniow ym , w kształcie zam kniętej pętli o długości 7 725 m, składają­

cej się z odcinków prostych i łuków o promieniach: 600, 700, 800, 900 m. M aksym alna długość odcinka położonego na prostej wynosi 1194 m.

Przechyłki w poszczególnych łukach są następujące:

■ w łuku 600 m - 150 mm,

■ w łuku 700 m - 115 mm,

■ w łuku 800 m - 90 mm,

■ w łuku 900 m - 100 mm.

W profilu podłużnym tor podstaw ow y składa się z odcinków położonych w poziom ie i na pochyle­

niach 1 i 2 °/oo (w zniesienia i spadki). Jednym z podstawowych zadań tego toru s ą badania trw ało­

ściow e naw ierzchni kolejow ej i dlatego w iększość jeg o odcinków będzie podlegała okresowej w ym ia­

nie. M iędzy innymi założone zostały odcinki doświadczalne do badań różnego rodzaju szyn, podkładów, złączy szynowych, przytwierdzeń itp. Pierw sze w yposażenie toru podstaw ow ego stanow i nawierzchnia klasyczna z szyn U1C 60 na podkładach drew nianych i betonow ych, przy czym rozm ieszczenie po­

szczególnych rodzajów podkładów na trasie zostało odpow iednio dobrane. R ów nież zróżnicow ane zo­

stały elem enty przytw ierdzeń i złączy szynowych, przez co uzyskano odcinki różniące się zarówno pod względem konstrukcyjnym jak i położeniem w planie. Rozwiązanie takie ma istotne znaczenie dla róż­

nego rodzaju badań zarówno nawierzchniowych, jak i taborowych.

T O R D O Ś W IA D C Z A L N Y - P O L IG O N B A D A W C Z Y P K P

Plan układu torowego - numeracja torów I rozjazdów < i < * ,

M l

R Y S . 1

TordoświadczalnyPKP...

18

T or pętli dośw iadczalnej podzielony został na 26 sekcji, z czego 25 sekcji to tzw. sekcje torowe, a pozostała 1 sekcja je s t sekcją rozjazdow ą. D ługość każdej sekcji torowej wynosi 300 m, natom iast sekcja rozjazdow a m a długość 225 m. Sekcje są odpow iednio oznakow ane w terenie. Podział na sekcje stw arza odpow iednie m ożliw ości planow ania badań z wyodrębnieniem różnych rozw iązań konstruk­

cyjnych, a ponadto ułatw ia pracę na różnego rodzaju dokum entach, ja k i bezpośrednio w terenie. Ze­

staw ienie danych dla wszystkich sekcji lub ich części (odcinków ) tw orzy - w określonym przedziale czasow ym - pełny obraz zagospodarow ania toru dośw iadczalnego, stanow iąc jednocześnie tzw. bazę danych naw ierzchni toru dośw iadczalnego, która podlega stałej archiwizacji.

• Tor z lukam i odw rotnym i o prom ieniach 150 m i w staw ką prostą m iędzy nimi o długości 6 m do

badań wagonów. T or ten odgałęzia się od toru podstaw ow ego rozjazdem S 60-190-1:9 tuż za km 0.00 i przebiega w zdłuż tego toru, w rejonie łuku o prom ieniu 600 m, od jeg o strony wewnętrznej.

D ługość użytkow a tego toru wynosi 415 m. Łuki odwrotne o prom ieniach 150 m zbudow ane zo­

stały zgodnie z wym aganiam i karty UIC nr 530-2.

• T o ry sta cji z ak ład o w ej: tor postojow y pociągu próbnego o długości użytkow ej 973 m, tor kom u­

nikacyjny o długości 973 m , dwa tory odstawcze, z których jed en ma długość użytkow ą 352 m, a drugi 224 m, tor w yciągow y (żeberkowy) z kanałem rewizyjnym o długości użytkowej 66 m oraz tor ładunkow y o długości 247 m z ram pą (25 m x 6 m), placem ładunkow ym (około 2300 n r ) i to­

rem podsuw nicow ym o długości 100 m.

• T o r w yciągow y położony w łuku o prom ieniu 605 m m a długość użytkow ą 1000 m.

• T o r łączn ik o w y w kształcie łuku o prom ieniu 150 m łączy tor w yciągow y z torem dojazdowym , tworząc w raz z nim i tzw. trójkąt do obracania składów całopociągowych.

• T or dojazdow y łączy stację zakładow ą obiektu ze stacją PK P w Żm igrodzie. Długość ogólna tego toru wynosi 2488 m.

• Rozjazdy. W układzie torowym obiektu znajduje się ogółem 12 rozjazdów oraz ł wykolejnica.

Ogólny plan układu torow ego z podaniem num eracji torów i rozjazdów ilustruje rysunek 2.

U zupełnieniem obiektów kubaturow ych są dw a kontenery, z których jed en w ykorzystano na posteru­

nek ruchu, a drugi na laboratorium polowe przy stanow isku badań wagonów.

Q A 0 A X OWO

o r d o j a z d o w y

T o r w y c i ą g o w y km 1.0 0 0

KLISZA O WICE M ALE

DOŚWIADCZALNEJ T O R D O Ś W I A D C Z A L N Y - P O L IG O N B A D A W C Z Y P K P

Plan sytuacyjny obiektu na tle infrastruktury otoczenia

R Y S .2

KARNICE

1. B a z a b iu ro w o - s o c ja ln a (siedziba Zakładu Eksploatacji T om D o iw ia d c z a ln e g o C N T K 2 . P o d s t a c j a t r a k c y j n a

3 . P o s t e r u n e k d y ż u r n e g o r u c h u 4 . L a b o r a t o r i u m p o l o w e 5 . B a z a b a d a w c z a IB D iM 6 . M o s t d o ś w i a d c z a l n y (w p la n ie ) 7 . K ła d k a d l a p i e s z y c h

8 . R a m p a ł a d u n k o w a

S T A N O W I S K O Ń W A G O N Ó W

00 O piom.«A.»CT\ R • t iO rr.<T>)

TordoświadczalnyPKP...

20 M -K ru ży ń sk i, M . L e w a n d o w sk i i inni

2.2. O siąg i tech n iczn e to ru podstaw ow ego

• N acisk na oś 225 kN,

• form ow anie pociągów na torach stacyjnych o ciężarze 5 600 ton,

• V IItu 120 km /h i 110 km /h na tukach o R = 600,

• a = 0,58 m /sek2 ,

• hlra, = 150 m/m.

Przy zw iększeniu przyspieszenia niezrów now ażonego „a” m ożna osiągnąć prędkość w g tablicy 1.

Tablica 1 P rzyspieszenie niezrów now ażone a„ [m /s2]

Promień luku R [m] Przechyłka h [mm]

P r ę d k o ś ć V [km /h]

90 100 110 120 130 140 150 160

6 0 0 150 0.0607 0,3050 0,5751 0.8709 1,1924 1,5396 1.9125 2,3112

7 00 110 0,1408 0,3502 0,5817 0,8352 1,1108 1,4084 1,7281 2.0698

8 0 0 9 0 0,1927 0,3759 0.5785 0,8003 1,0414 1,3018 1,5815 1.8805

9 0 0 100 0.0404 0.2033 0,3834 0.5806 0,7949 1,0264 1.2750 1.5408

13. Przygotowanie taboru

P ierw szy pociąg próbny (PP777), którego skład potrzebny był do uzyskania w stępnego obciążenia toru dośw iadczalnego, przy założeniu prow adzenia je d n ą lokom otyw ą elektryczną i nacisku osi w yno­

szącym 20 M g, przyjęto ostatecznie w kw ietniu 1996 roku, zgodnie z poniższym zestawieniem.

Z estaw ienie pociągów , prow adzonych jed n ą lokom otyw ą serii ET 22, d o ja z d n a torze dośw iadczalnym z różnymi prędkościami, dla uzyskania wstępnego

obciążenia toru 0,2 Tg (przy nacisku osi 20 T )

Lp. Prędkość pociągu V [km/h]

lxkcmctyvsa elektryczna

[szt]

Wagony typu 408 W

(SZŁ]

M asa pociągu zlokcm.

[ton]

liczba pełnych okrążeń (jazd)

Obciążenie sumaryczne

[Tg]

Czas trwania

jazd Igok-J

Terminy jazd

Uwagi

1. . 40 1 23 1960 10 0 .0 19 6 0 0(10 % ) -1 . 9

2. 60 1 23 1960 11 0 ,0 21 5 6 0(1 0 % ) -1 .4

3. 80 1 23 1960 30 0,058800 (30 % ) -2 ,9

4. 90 1 21 1800 56 0.100800 ( 5 0 % ) -4 .8

0 .200760(100% )

• M asa lokom otyw serii ET 22 - 1 2 0 1.

• M asa w agonu z ładunkiem - 80 t (20,0 t/oś) (w tym m asa w łasna wagonu typu 408 W - ok. 21 t).

T o r d o św ia d c z a ln y P K P . 21

Pociąg ten został zestaw iony w sierpniu 1996 r. i rozpoczął jazd y po torze dośw iadczalnym w dniu 10 w rześnia 1996.

Kolejny pociąg próbny [2].

• Skład pociągu próbnego zestaw iono z 21 wagonów 415 W, w tym 15 w agonów obciążonych do nacisku 225 kN /oś i 6 w agonów obciążonych do nacisku 200 kN /oś w następującej konfiguracji:

1 x 415(225kN/oś) + 2 x 415(225kN/oś) + 2 x 415(220kN/oś) + 1 x 415(220kN/oś) + 3 x 415(225kN/oś) +1 x415(225kN /oś) + 3 x 415(225kN/oś) + 2 x 415(220kN/oś) + 1 x 414(220kN/oś) + 4 x 415(225kN/oś) +

1 x 415(225kN/oś).

• Brutto pociągu próbnego wynosiło 1830 ton.

• Prędkość pociągu próbnego wynosiła około 90 km/h, ze względu na zrównoważenie siły odśrodkowej przez przechyłkę toru, tak aby nie wystąpiło przyspieszenie niezrównoważone większe od 0,2 m/s2.

3. W Y BRA N E W Y N IK I E K SPL O A T A C JI O BIEK TU

Eksperymentalne jazd y taborem rozpoczęto 10.09.1996 r. Do dnia 4.08.1998 r. tor poddano obciążeniu 17,99 T g przy przebiegu pociągów próbnych o zróżnicowanej masie od 90 Tg do 5000 Tg, wynoszącym 57.581 km.

3.1. Zabiegi konserwacyjno-naprawcze nawierzchni

Zabiegi te w głównej m ierze w ynikają z funkcji obciążenia toru.

• Pierw szego podbicia dokonano po ułożeniu toru na zagęszczonej dw om a w arstw am i podsypce tłuczniow ej.

• Średnie podnoszenie przy tym podbiciu w yniosło ok. 70 mm. Przy czym tor poddano zagęszczeniu DG S-em. Kolejnych podbić dokonano po obciążeniu:

• 03.12.96 r. obciążenie 1 T g (stabilizacja),

• 27.03.97 r. obciążenie 5 T g przy odbiorze ODB-3,

• 06.07.98 r. obciążenie 17,5 Tg.

Pomiary wykonywane m iędzy poszczególnymi podbiciami wykazały osiadanie toru od 10 do 20 mm.

N ajw iększe osiadania w ystąpiły na stykach tak w iszących, ja k i podpartych, przy czym w wyniku pom iarów dynam icznych stw ierdzono, że osiadania te w w ielu miejscach były praw ie dw ukrotnie w iększe (dołki ukryte). Zjaw isko to zaobserw ow ano przede w szystkim na torze ułożonym n a podkła­

dach drew nianych.

22 M .tC rużyński, M . L e w a n d o w sk i i inni

3.2. Zużycie szyn

W zw iązku ze stw ierdzeniem nadm iernego zużycia obrzeży kół w wagonach 415 W ju ż po prze­

biegu 12 500 km, gdzie ich strom ość qr spadla poniżej dopuszczalnej, przeprow adzono pom iary zuży­

cia szyn. Pom iarów dokonano laserowym profilom ierzem szyn w dniu 26.06.97 r., przy łącznym ob­

ciążeniu toru w ynoszącym 13,55 Tg. Wykonano j e na krzywych przejściowych i luku o R=600 w od­

stępach 5 m. W ielkość pomierzonego zużycia bocznego wyniosła odpowiednio od 0,13 mm do 3,20 mm (wykres nr 1). W w yniku szczegółow ych badań przyczyn nadmiernego zużycia obrzeży kół przez Za­

kład M echaniki Taboru C N T K ustalono, że dalsze jazd y wagonami 415 W m ogą się odbyw ać pod w a­

runkiem zastosow ania sm arow ania szyn na łuku R=600 m.

Po konsultacjach z dostaw cą sm arow nic oraz pracownikami eksploatacyjnym i PKP w kwietniu 1998 roku zabudow ano 7 sm arow nic SRS Clico -M atic typu TLP na długości 1 568 m w odstępach od 250 do 300 m. Po zam ontow aniu sm arownic w szczęto dalsze jazd y wagonam i 415 W i 414 W. Szcze­

gółowe badania ww. w agonów przy zastosow aniu sm arow ania w ykazują - 8-10 razy m niejsze zużycie obrzeży kół w porów naniu do poprzedniego zużycia [2].

3.3. Z użycie obrzeży kół

Badania zużyw ania się obrzeży kół wagonów 415 W podczas bardzo intensyw nej eksploatacji przeprow adzono w trzech seriach prób.

Seria I (w ariant I) obejm ow ała jazd y pociągiem próbnym zestaw ionym z 21 w agonów 415 W , w tym

15 w agonów obciążonych do nacisku 225 kN /oś i 6 wagonów obciążonych do nacisku 200 kN/oś oraz lokomotywy ET-22-898, z prędkością 90 km/h. Szyna zewnętrzna w łuku o prom ieniu R = 600 m nie była sm arow ana, a skład był luźno skręcony.

Seria II (w ariant II) w porów naniu do serii I zastosow ano tylko sm arow anie szyny zew nętrznej w łu­

ku o promieniu R = 600 m przy użyciu 7 smarownic typu SRS Clico-M atic rozmieszczonych co 250 m, urucham ianych sam oczynnie czujnikiem drgań podczas przejazdu pociągu. Pozostałe warunki ekspe­

rym entu nie zm ieniły się w stosunku do serii I.

Seria III (w ariant III) w porów naniu do serii II zm ieniono tylko sposób skręcenia składu, jak dla po­

ciągu tow arow ego eksploatow anego z prędkością V = 70 km/h.

Przebieg procesów narastania zużycia obrzeży kół przedstawiono na rysunkach 3 i 4 [2], porów ­ nując w yniki pom iarów w ykonanych w serii I (w ariant I) i serii II (w ariant II) oraz w seriach II i III (w arianty II i III). Z w ykresów m ożna odczytać w pływ sm arow ania szyn w łuku i w pływ stopnia skrę­

cenia składu pociągu oraz w pływ nacisku osi na zużywanie się obrzeży kół wagonów.

/u/yc•* wy"r

W y k r e s 1 L u k 600 zużycie boczne szyn y

TordoświadczalnyPKP...

24

0 0 0 0

1,56 1,28 0,22 0,21

Średnie zużycie obrzeży kój qr, dla w a g o n ó w o b ciążon ych : 200 kN/oś i 225 kN/oś.Pordw nanle W A R IA N T Ó W I i II

f WARIANT I

200 kHI

225

[ LULU ] jb

T o r d o św ia d c z a ln y P K P ... 25

0 0 0 0

0.22 0,21 0.18 0,14

Śre dnie zużycie o brzeży kół qr. dla w a g o n ó w ob c iążo n ych : 200kN/oś i 225kN/oś. Porów nanie W A R IA N T Ó W I I I III

R y s . 4

PopiMblesu od7872,200 kmdo11958,300 kmPoprzobloou od3988,100 kmdo7972,200 km

26 M .K ru ż y ń sk i, M . L ew an d o w sk i i inni

4. PO D SU M O W A N IE

Zebrane dośw iadczenia i spostrzeżenia w czasie dwuletniej eksploatacji obiektu - w okresie od w rześnia 1996 do października 1998 roku - wskazują, że uzyskanie określonych i pełnych korzyści w prow adzonych badaniach na torze dośw iadczalnym , uzależnione jest zarów no od odpow iedniego wy­

posażenia technicznego tego obiektu, ja k i prawidłow ego rozw iązania w ielu zagadnień związanych z jeg o obsługą, eksploatacją i utrzym aniem.

W łaściw a i efektyw na eksploatacja obiektu pow inna polegać na dążeniu do dużego nasycenia obiektu różnego rodzaju badaniam i, planując rów nież w m iarę możliwości jednoczesność ich realiza­

cji. W iąże to się głów nie z m aksymalnym w ykorzystaniem toru pętli dośw iadczalnej poprzez zabudo­

wę na tym torze ja k najw iększej liczby odcinków dośw iadczalnych oraz w dużym stopniu wykorzy­

staniem pociągu próbnego rów nież do badań taborow ych poprzez w łączenie do składu tego pociągu różnego rodzaju pojazdów w ym agających badań eksploatacyjnych.

Innym działaniem zw iększającym efektyw ność badań, a tym sam ym efektyw ność wykorzystania obiektu je s t odpowiedni dobór m asy pociągu próbnego. W tym zakresie zm iana pierw otnej m asy po­

ciągu z 2000 t na około 5400 t oraz zestawienie pociągu próbnego z wagonów o naciskach osiowych 225 kN m iała bardzo duże znaczenie dla badań i w sposób w yraźny zw iększała ich efekty. Zaznaczyć jednak należy, że zaistniałe niekorzystne zjaw iska w czasie eksploatacji pociągu o m asie 5400 t w yła­

niają w iele odrębnych w niosków , które przedstawiono w opracow aniu nr 6713/32.

D ocelowo należy dążyć do zestaw ienia pociągu o jeszcze większej masie, rzędu 8000 - 10000 t i naciskach osiow ych pow yżej 225 kN, oraz rozw ażenie podw yższenia prędkości przez dopuszczenie w iększego przyspieszenia niezrów now ażonego np. do 1,5 m /s2 , co zdecydow anie m oże wpłynąć na podniesienie w alorów użytkow ych tom dośw iadczalnego PKP.

Literatura

1. „Prace techniczno-organizacyjne zw iązane z rozpoczęciem wstępnej eksploatacji obiektu: T or do­

św iadczalny - Poligon badaw czy PK P”, CNTK, zadanie nr 6058/32, Żm igród, m arzec 1999 r.

2. „U stalenie i w drożenie optym alnych zasad eksploatacji wagonów 415 W na Torze D ośw iadczalnym PK P”, CN TK , Zakład Eksploatacji T om D ośw iadczalnego, zadanie n r 6713/32, Żm igród, listopad

1998 r.