WYDZIAŁ MASZYN ROBOCZYCH I TRANSPORTU
NOWY SYSTEM TRANSPORTU
KOLEJOWO - DROGOWEGO DLA PRZEWOZÓW STANDARDOWYCH NACZEP SAMOCHODOWYCH
Jarosław Czerwiński
Promotor: prof. dr hab. Agnieszka Merkisz-Guranowska
POZNAŃ 2017
POLITECHNIKA
POZNAŃSKA
NOWY SYSTEM TRANSPORTU KOLEJOWO - DROGOWEGO DLA PRZEWOZÓW STANDARDOWYCH NACZEP SAMOCHODOWYCH
Streszczenie
Położenie geograficzne Polski stwarza dogodne warunki do realizacji międzynarodowych przewozów. W Polsce przy braku dostatecznej liczby autostrad i dróg szybkiego ruchu z obwodnicami miast, wzmożone przewozy drogowe powodują kongestie przekładające się na straty ponoszone przez społeczeństwo. W celu równorzędnego udziału w transporcie funkcjonującym w Unii Europejskiej konieczne jest wdrożenie alternatywnego kolejowo – drogowego systemu transportowego. Sprzężenie tych dwóch środków transportu stanowi jeden z rodzajów transportu intermodalnego – transport kombinowany, w którym naczepy przewozi się na specjalnych wagonach platformach. Transport drogowy ogranicza się do dojazdu do i z centrum przeładunkowego.
Celem pracy było opracowanie nowatorskiej konstrukcji pojazdu kolejowego, umożliwiającej poziomy załadunek i transport standardowych naczep samochodowych. W oparciu o przegląd europejskich i krajowych rozwiązań oraz ocenę technicznych parametrów infrastruktury istotnych dla przewozów naczep, określono kryteria doboru decydujących parametrów techniczno-ekonomicznych do założeń projektu pojazdu. W oparciu o wnioski z powyższych opracowań założeń konstrukcyjnych nowej jednostki transportowej opracowano model komputerowy jednostki. Na uzyskanym modelu wykonano badania symulacyjne wytypowanych istotnych parametrów konstrukcyjnych.
Sprawdzono wytrzymałość konstrukcji oraz oceniono bezpieczeństwo jazdy. Uzyskane wyniki badań posłużyły do weryfikacji nowej jednostki transportowej. Przeprowadzono analizę konkurencyjności nowego transportu kombinowanego wraz z analizą ekonomiczną i środowiskową oraz określono możliwe kierunki dalszych prac.
SPIS TREŚCI
WPROWADZENIE ... 4
1. STAN PRZEWOZÓW TRANSPORTEM INTERMODALNYM W POLSCE... 8
1.1. Ilość i struktura przewozów ... 8
1.2. Techniczne parametry infrastruktury ... 10
1.3. Perspektywy rozwoju polskiego rynku przewozów kombinowanych ... 18
1.4. Wnioski ... 19
2. KOLEJOWE ŚRODKI TECHNICZNE W TRANSPORCIE INTERMODALNYM ... 20
3. SYSTEM TRANSPORTU KOLEJOWO - DROGOWEGO DLA PRZEWOZÓW STANDARDOWYCH NACZEP SAMOCHODOWYCH ... .. 35
3.1. Założenia konstrukcyjne ... 35
3.2. Konstrukcja ... 36
3.3. Statyczne naciski zestawów kołowych ………… ... 42
3.4. Analiza zarysu skrajni ………… ... 43
3.5. Układ hamulca ... 49
3.6. Przebieg załadunku naczep ... 53
4. BADANIA SYMULACYJNE MODELU JEDNOSTKI TRANSPORTOWEJ ... 56
4.1. Sprawdzenie wytrzymałości konstrukcji ... 56
4.2. Ocena bezpieczeństwa ruchu i właściwości dynamicznych ... 75
5. OCENA SYSTEMU POD WZGLĘDEM PRZYDATNOŚCI WYKORZYSTANIA ... 83
5.1. Wnioski konstrukcyjne po weryfikacji systemu ... 83
5.2. Porównanie zaprojektowanej jednostki ze znanymi systemami ... 86
5.3. Możliwości rozwoju konstrukcji ... 88
6. POTENCJALNE MOŻLIWOŚCI WDROŻENIA TABORU KOMBINOWANEGO KOLEJOWO - DROGOWEGO ... 91
6.1. Analiza ekonomiczna ... 91
6.1.1. Analiza kosztów przewozów dla przewoźnika ... 91
6.1.2. Analiza kosztów dla społeczeństwa... 96
6.2. Analiza środowiskowa ... 101
6.2.1. Analiza emisji w przeliczeniu na jednostkę energii ... 101
6.2.2. Analiza oddziaływań środowiskowych w ujęciu kosztowym ... 108
6.3. Analiza konkurencyjności transportu intermodalnego ... 112
6.3.1. Analiza SWOT rozwoju transportu intermodalnego w Polsce ... 112
6.3.2. Analiza SWOT realizacji przewozów naczep samochodowych proponowanym systemem transportu kombinowanego ... 117
7. PODSUMOWANIE I WNIOSKI KOŃCOWE ... 120
LITERATURA ... 122
WPROWADZENIE
Dynamiczny rozwój transportu drogowego w Europie spowodował przeciążenie sieci dróg. Nadmierne przewozy drogowe negatywnie wpływają na środowisko, niszczą drogi, przyczyniają się do wzrostu liczby wypadków. Ponadto w Polsce przy braku dosta- tecznej liczby autostrad i dróg szybkiego ruchu z obwodnicami miast, wzmożone przewo- zy drogowe powodują kongestie przekładające się na niewymierne straty ponoszone przez społeczeństwo. Alternatywnym środkiem transportu lądowego działającym mniej destruk- tywnie na środowisko jest kolej. Możliwości przewozowe kolei sprzed kilku lat świadczą o dużej rezerwie natężenia ruchu [1]. Intencjonalne jest przekierowanie tranzytowego i we- wnętrznego transportu samochodowego na sieć kolejową. Zbieżny układ szlaków kolejo- wych i drogowych przedstawiony na rysunkach 1 i 2 umożliwia zamienne wykorzystanie tych systemów transportowych na całości bądź na części szlaków.
Rys. 1. Zaplanowany układ autostrad i dróg ekspresowych [2]
Rys. 2. Główne szlaki kolejowe w Polsce [3]
Koncepcja transportu kolejowo – drogowego zainicjowana została w połowie ubie- głego wieku w Szwajcarii w wyniku działania ruchu społecznego na rzecz ochrony środo- wiska. Wprowadzenie transportu ciągników samochodowych z naczepami na platformach kolejowych zapoczątkowało powstanie i rozwój kolejnych nowych systemów transporto- wych zaliczanych do transportu intermodalnego. Pozytywne właściwości ekologiczne i ekonomiczne przyczyniają się do wdrażania systemów intermodalnych w Europie.
Położenie geograficzne Polski stwarza dogodne warunki do realizacji międzynaro- dowych przewozów. Wykorzystując ten fakt, Polska jest największym przewoźnikiem drogowym w Europie operującym na rynku krajowym i międzynarodowym [4, 87]. W kraju występują już przeciążenia natężenia transportu samochodowego W celu równorzęd- nego udziału w transporcie funkcjonującym w Unii Europejskiej konieczne jest dostoso- wanie polskiej infrastruktury transportowej do nowoczesnych form usług logistycznych oraz wdrożenie alternatywnego – kolejowego systemu transportowego. Sprzężenie tych dwóch środków transportu stanowi jeden z rodzajów transportu intermodalnego – transport kombinowany w którym naczepy lub całe pociągi drogowe przewozi się na specjalnych wagonach platformach. Transport drogowy ogranicza się do dojazdu do i z centrum prze-
ładunkowego. Główna część transportu odbywa się po torach. Jedną z odmian transportu kombinowanego jest transport bimodalny. W tym transporcie naczepy samochodowe mu- szą być dostosowane do połączenia z wózkami oraz spełniać konstrukcyjne wymagania kolejowe. W obecnej sytuacji przewoźnicy drogowi nie mają motywacji do skierowania transportu na kolej. Przy wysokich taryfach za korzystanie z infrastruktury kolejowej oraz braku odpowiedniego zaplecza logistycznego niezbędnego do organizacji transportu kom- binowanego, wymóg przystosowania naczep do takiego transportu stanowi kolejną barierę wdrożenia systemu. Wobec faktu funkcjonowania na polskim rynku przewozowym około 340 tysięcy naczep samochodowych zasadne jest wdrożenie systemów umożliwiających transport koleją naczep samochodowych w ich obecnym stanie technicznym [87].
Zakładając, że zgodnie z polityką transportową krajów członkowskich Unii Euro- pejskiej sformułowanej w Białej Księdze [5] stworzone zostaną warunki umożliwiające wdrożenie transportu kombinowanego w Polsce, należy przygotować odpowiedni system transportu.
Celem pracy jest opracowanie nowatorskiej konstrukcji pojazdu kolejowego umoż- liwiającej poziomy załadunek i transport standardowych naczep samochodowych. Realiza- cja pracy wymaga przeprowadzenia następujących zadań badawczych:
– analizy stanu przewozów intermodalnych w Polsce oraz przeglądu kolejowych środków technicznych wykorzystywanych w tym typie przewozów,
– określenia parametrów techniczno-ekonomicznych jednostki transportowej i opra- cowania założeń konstrukcyjnych nowej jednostki,
– opracowania modelu komputerowego jednostki,
– przeprowadzenia badań symulacyjnych wytypowanych istotnych parametrów kon- strukcyjnych, w szczególności oceny wytrzymałości konstrukcji oraz bezpieczeń- stwa jazdy,
– porównania zaprojektowanej jednostki transportowej ze znanymi systemami trans- portu kombinowanego kolejowo-drogowego,
– oceny systemu pod względem ekonomicznym i środowiskowym wraz z analizą konkurencyjności realizacji przewozów naczep samochodowych systemem trans- portu kombinowanego.
Przewóz towarów koleją może być łączony z innymi rodzajami transportu. Poniżej przedstawiono definicje możliwych powiązań oraz specjalne terminy występujące w ni- niejszej pracy [1].
Transport multimodalny (ang. multimodal transport) – przewóz towarów przez co naj-mniej dwie różne gałęzie transportu.
Transport intermodalny (ang. intermodal transport) – przewóz towarów w jednej i tej samej jednostce ładunkowej lub pojeździe, z użyciem różnych gałęzi transportu i bez prze-ładunku samych towarów w zmieniających się gałęziach transportu.
Transport kombinowany (ang. combined transport) – transport intermodalny, w którym główna część przewozu jest wykonana przez kolej, żeglugę śródlądową lub trans- port mor-ski, a początkowy i lub końcowy odcinek jest wykonany przez transport drogowy tak krót-ko jak to możliwe.
Transport bimodalny (ang. bimodal transport) – przewóz naczep drogowych na wózkach kolejowych. Odpowiednio przystosowana naczepa drogowa po zamocowaniu na wózkach kolejowych która pod względem strukturalnym stanowi „wagon”. Transport bi- modalny jest jedną z odmian transportu kombinowanego.
Ruchoma droga (ang. rolling road, niem. rollende Landstrasse) przewóz całkowi- tych pojazdów drogowych, przy zastosowaniu technik roll-on i roll-off, pociągami składa- jącymi się z wagonów o obniżonej podłodze.
Roll-on-Roll-off „Ro-Ro” – załadunek i wyładunek pojazdu drogowego, wagonu kolejowego lub ITU na i ze statku na ich własnych kołach lub kołach doczepionych w tym celu.
Wagon kieszeniowy (ang. pocket wagon) – wagon kolejowy z kieszeniami do umieszczenia kół jezdnych naczepy.
Naczepa bimodalna (ang. rail road semi trailer) – naczepa drogowa zdolna do prze- kształcenia w wagon kolejowy przez dodanie wózków kolejowych.
Intermodalna jednostka ładunkowa ITU (ang. intermodal transport unit) – kontene- ry, nadwozia wymienne i naczepy właściwe dla transportu intermodalnego.
1. STAN PRZEWOZÓW TRANSPORTEM INTERMODALNYM W POLSCE
1.1. Ilość i struktura przewozów
W polskim transporcie kolejowym dominują przede wszystkim przewozy towarów masowych, głównie surowców. Na rysunku 1.1 zaprezentowano kolejowe przewozy towa- rowe według przetransportowanej masy towarów w ostatnich dziesięciu latach [19]. Oma- wiany okres charakteryzuje się trendem spadkowym przewozów. W 2013 roku odnotowa- no niewielki przyrost, jednak dane za kolejne lata potwierdziły spadkowy trend.
Rys. 1.1. Kolejowe przewozy towarowe [Opracowanie własne na podstawie 19]
Na tym tle lepiej prezentuje się tendencja wzrostu przewozów intermodalnych. Na ry- sunku 1.2 przedstawiono przetransportowaną masę towarów kolejowym transportem in- termodalnym w Polsce w latach 2004-2016. W okresie tym charakteryzującym się trendem wzrostowym, jedynie w 2009 roku zanotowano spadek przewozów. W 2016 roku prze- transportowano ponad 12,8 miliona ton ładunków.
Rys. 1.2. Kolejowe przewozy intermodalne [Opracowanie własne na podstawie 19]
W odniesieniu do 2015 roku nastąpił ponad 23% wzrost przetransportowanej masy w przewozach intermodalnych.
W odniesieniu do całkowitej masy przetransportowanej koleją, udział transportu inter- modalnego wzrastał od 0,8% w 2004 roku do 5,8% w 2016 roku (rys. 1.3). Taka wartość świadczy o dużej dysproporcji pomiędzy Polską a krajami Unii Europejskiej, w której średnia udziału przekracza wartość 10%, a w przodujących krajach jest bliska wytycznych Białej księgi tj. 30%.
Rys. 1.3. Udział przewozów intermodalnych w całkowitej masie przewozów [Opracowanie własne na podstawie 19]
Na rysunku 1.4 pokazano wielkość przewozów intermodalnych według przeliczenio- wych jednostek TEU. Przy średniej dynamice wzrostu za ostatnie lata wynoszącej przeszło 18% rocznie, w 2016 roku przewoźnicy uzyskali najlepszy dotychczasowy wynik kolejo- wych przewozów intermodalnych transportując ponad 1,4 miliona TEU. Realizacja prze- wozów intermodalnych nastąpiła przy udziale czternastu z ponad sześćdziesięciu licencjo- nowanych przewoźników działających na polskim rynku [19].
Rys. 1.4. Kolejowe przewozy intermodalne wyrażone w jednostkach TEU [Opracowanie własne na podstawie 19]
Kolejowy transport intermodalny w Polsce opiera się na przewozie kontenerów. W 2012 roku stanowiły one 98,57% ogólnej liczby jednostek. Przewozy wymiennych nadwo- zi samochodowych, naczep, przyczep i samochodów ciężarowych stanowiły zaledwie 1,43% [19]. A zatem, pomimo poprawiających się wskaźników dynamiki rozwoju trans- portu intermodalnego, typowy transport kombinowany kolejowo drogowy nadal stanowił jedynie margines przewozów.
Kamieniem milowym było uruchomienie w połowie 2012 roku przewozów intermo- dalnych pomiędzy Rotterdamem a Poznaniem [21]. Serwis obsługiwany przez terminal CLIP w Swarzędzu obejmuje różne typy intermodalnego transportu towarowego, w któ- rym 35% stanowią naczepy. W pierwszych dwóch latach przeprowadzono ponad 800 po- ciągów. Ruch stale rośnie, umożliwiając zwiększenie liczby usług z początkowych trzech par pociągów tygodniowo do sześciu. W okresie od stycznia 2013 do marca 2014 roku na trasie ze Swarzędza do Rotterdamu przewieziono 5600 naczep (łącznie pociągi obsługują- ce trasy w kierunku wschodnim jak i zachodnim). Obecnie średnia miesięczna wynosi oko- ło 370 sztuk. Transportowane naczepy muszą być przystosowane do pionowego przeła- dunku, ponieważ transport realizowany jest prostymi wagonami kieszeniowymi. W nieda- lekiej przyszłości planowane jest przedłużenie linii do Łodzi. Przewozy te realizowane są dzięki środkom finansowym uzyskanym w ramach projektu unijnego Marco Polo II.
1.2. Techniczne parametry infrastruktury
Istotnym technicznym parametrem linii kolejowych decydującym o eksploatacji pojazdów transportu kombinowanego jest zarys skrajni [42]. Istniejąca infrastruktura sieci kolejowej PKP budowana była według norm krajowych [44], które zasadniczo zgodne były z metodyką międzynarodową przedstawioną w kartach UIC 505-1 [61], UIC 505-4 [62] oraz UIC 505-5 [63]. W wyniku wdrażania do eksploatacji nowych wagonów towa- rowych do przewozu ładunków wielkogabarytowych podjęto prace nad opracowaniem nowych skrajni budowli [21],[49]. Nowe, obecnie obowiązujące wymagania formalnie wprowadzono 1 stycznia 2015 roku kiedy to weszły w życie nowe Techniczne Specyfika- cje Interoperacyjności „Infrastruktura” [70] obejmując całą sieć kolejową Unii Europej- skiej bazujące na wcześniej opracowanej grupie norm PN-EN 15273-2 [42].
Podstawowym dla górnej części skrajni ładunku jest zarys G1 o połowie szerokości 1620 mm poniżej wysokości 1170 mm ponad główkę szyny oraz 1645 mm powyżej tej wysoko- ści. Obrysy GA, GB, GB1 i GC różnią się od niego ukształtowaniem i wysokością górnego obrysu.
W zależności od rozwiązania systemu transportu kombinowanego i transportowanych jed- nostek ładunkowych, wymagane są powiększone skrajnie: GC stosowana na nowych li- niach lub co najmniej GB1 zalecana do wprowadzenia podczas modernizacji linii. Dla dol- nych części skrajni podstawowym jest obrys GI2. Na liniach przeznaczonych do transportu intermodalnego na wagonach niskopodłogowych stosuje się zarys GI3.
Obecnie, między innymi z powodu przekroczeń skrajni ładunku na niezmodernizowanych szlakach, zorganizowanie przejazdu kombinowanego na większości tras polskiej sieci pod- lega procedurom przejazdu specjalnego, co skutkuje dodatkowymi pracami przy urucho- mieniu przejazdu i podwyższonymi jego kosztami.
Drugim ważnym parametrem jest dopuszczalna prędkość pojazdów. W większości przy- padków tabor towarowy przystosowany jest do maksymalnej prędkości 120 km/h i teore- tycznie umożliwia uzyskanie średnich prędkości realizowanych przewozów na poziomie umożliwiającym rywalizację z transportem drogowym. Czynnikiem istotnie wpływającym na poziom średniej prędkość handlowej transportu kolejowego jest stan torów.
Według stanu na koniec 2015 roku, PKP PLK zarządzały liniami kolejowymi o długości 18 510 km i o długości torów 36 218 km [60]. Z tego 54,5% oceniono jako dobre, czyli eksploatowane zgodnie z założonymi parametrami podlegające wyłącznie zabiegom kon- serwacyjnym. W porównaniu ze stanem na dzień 31 grudnia 2012 roku uzyskano 11,5 punktu procentowego wzrostu, ocenę dobrą uzyskało wówczas 43% torów. Jako dosta- teczne, czyli posiadające lokalne ograniczenia prędkości i wymagające napraw bieżących oraz wymiany uszkodzonych elementów, oceniono 18% torów. Pozostałe 27% stanowiły tory w stanie niezadawalającym ze znacznie obniżonymi parametrami eksploatacyjnymi, zakwalifikowane do kompleksowej wymiany nawierzchni. Powyższe udziały przedstawio- no na rysunku 1.5.
Poprawa stanu technicznego torów umożliwiła podwyższenie maksymalnej prędkości roz- kładowej. Dla prędkości 120 km/h i wyższej dostosowano 32,3% długości torów. Łącząc z przedziałem prędkości 80-120 km/h istotnym dla przewozów towarowych otrzymujemy ponad 66% torów umożliwiających szybki ruch towarowy (rys. 1.6).
Rys. 1.5. Ocena stanu technicznego infrastruktury PKP PLK [60]
Rys. 1.6. Procentowa struktura maksymalnych prędkości rozkładowych w 2015/2016 roku [60]
Mimo poprawy stanu infrastruktury średnia prędkość handlowa kolejowych przewozów towarowych nadal jest niska. W Polsce prędkość ta nie przekracza 26 km/h, co stanowi połowę średniej prędkości w krajach Unii Europejskiej. Opisany wcześniej transport na- czep pomiędzy Rotterdamem i Swarzędzem na trasie o długości 1000 km trwa dwadzieścia dwie godziny. Daje to wysoką średnią 45 km/h, przy czym polski odcinek przejazdu od- bywa się po zmodernizowanej linii.
Pozytywnym aspektem są prowadzone prace modernizacyjne, które mają na celu podwyż- szenie parametrów eksploatacyjnych sieci linii kolejowych. Obecnie spółka PKP PLK, będąca właścicielem infrastruktury liniowej, przy współudziale środków Unii Europejskiej, realizuje zadania inwestycyjne, które przyczynią się do poprawy stanu technicznego infra- struktury. Celem działalności inwestycyjnej jest zintegrowanie polskiego transportu kole- jowego z systemem Unii Europejskiej w aspekcie wymaganych standardów technicznych jak i interoperacyjności linii kolejowych.
Linie objęte umowami międzynarodowymi są sukcesywnie modernizowane dla osiągnięcia docelowych standardów i zapewnienia interoperacyjności sieci kolejowej Polski w euro- pejskim systemie kolejowym. Kluczowe znaczenie mają linie kolejowe objęte umową AGC (Umowa europejska o głównych międzynarodowych liniach kolejowych) i umową AGTC (Umowa europejska o głównych międzynarodowych liniach kolejowych transportu kombinowanego i obiektach towarzyszących). W umowie AGC wyznaczona została, wg kryterium EKG-ONZ, sieć linii kolejowych znaczenia międzynarodowego. Przebieg linii w Polsce pokazano na rysunku 1.7.
Rys. 1.7. Przebieg linii kolejowych objętych umową AGC i AGTC [57]
Długość linii kolejowych układu AGC w Polsce wynosi 2 972 km. Linie tworzące ten układ powinny być dostosowane do prędkości 160 km/h w ruchu pasażerskim i 120 km/h w ruchu towarowym, przy nacisku osi 225 kN. Umowa AGTC określiła, wg kryteriów EKG-ONZ, sieć linii kolejowych dla międzynarodowych przewozów kontenerowych transportem kolejowym oraz terminale kontenerowe, położone na sieci kolejowej. Długość linii kolejowych układu AGTC w Polsce wynosi 4 278 km. Umowa ta jest uzgodnionym planem rozwoju i funkcjonowania linii międzynarodowego transportu kombinowanego i obiektów towarzyszących, który powinien być realizowany w ramach programów narodo- wych. Docelowo system kluczowych linii kolejowych w Polsce będzie umożliwiał prze- jazdy pociągów towarowych z prędkością 120km/h.
Kolejnym składnikiem infrastruktury decydującym o funkcjonowaniu transportu kombinowanego są terminale przeładunkowe. Wśród terminali przeładunkowych specjal- nego znaczenia z punktu widzenia priorytetów UE nabierają te zlokalizowane w klasycz- nych centrach logistycznych, będących dogodnymi miejscami do kompleksowej obsługi użytkowników systemu transportowego. W polskich realiach intermodalność zachodzi w relacjach pomiędzy transportem morskim a transportem kolejowym i drogowym dokony- wanym w portach morskich oraz pomiędzy transportem drogowym i kolejowym. Dla tych ostatnich integracyjnymi węzłami są drogowo-kolejowe terminale przeładunkowe, które w Polsce nie są przygotowane do szybko wzrastających przewozów intermodalnych. Część funkcjonujących terminali są to terminale przestarzałe, z bocznicami kolejowymi o długo- ści nie przekraczającej 350 m, przy wymaganej dwukrotnie większej długości dla zapew- nienia obsługi pełnowymiarowych pociągów towarowych. Potrzebne są inwestycje w ter- minale wyposażone w nowoczesne urządzenia przeładunkowe oraz nowe środki transpor- tu.
Niedostosowana infrastruktura i brak nowoczesnego sprzętu powodują, że transport inter- modalny na terytorium Polski jest znacznie mniej konkurencyjny niż w innych państwach.
Przeprowadzone analizy odnoszące się do kierunków i natężeń przepływu ładunków w Polsce wskazują, że istniejąca obecnie sieć terminali transportu intermodalnego nie jest wystarczająca. Objęcie transportem intermodalnym całego terytorium Polski wymagałoby pełnego uruchomienia co najmniej około 30 terminali oraz dodatkowo 6-8 centrów logi- stycznych [55]. Łączna liczba powinna wynieść około 40 punktów. Wprawdzie w Polsce funkcjonuje już blisko 40 terminali intermodalnych, ale pomimo stosunkowo dużej liczby
terminali ich rozmieszczenie jest nierównomierne, a w nich potencjał przeładunkowy jest niski i docelowo obsługują wyłącznie przesyłki operatorów terminali. Istniejące terminale koncentrują się wokół takich aglomeracji jak Poznań, Warszawa, Trójmiasto oraz Śląsk.
Brakuje natomiast niezbędnej infrastruktury np. we wschodniej części Polski. Tworzenie dużej liczby niezależnych terminali wokół wymienionych aglomeracji jest skutkiem tego, że w związku z brakiem dużych ogólnodostępnych centrów logistycznych, decyzje o loka- lizacji terminali podejmowali sami spedytorzy lub przewoźnicy. Istniejące terminale są efektem decyzji poszczególnych operatorów logistycznych (często jako pochodne decyzji inwestorów strategicznych działających w skali globalnej), a nie wynikiem przemyślanej polityki rządu (centralnej).
Konsekwencją tego jest również to, że duża część terminali obsługuje wyłącznie przesyłki, dla których organizatorem transportu jest zarządca terminalu bądź przedsiębiorstwa nale- żące do tej samej grupy kapitałowej. Kluczowe jest zatem zwiększenie liczby intermodal- nych centrów logistycznych ogólnego dostępu. Obecnie w Polsce działa pięć terminali ogólnodostępnych, a w Niemczech jest ich 180, w tym dużych 80. Brak kontenerowych terminali przeładunkowych hamuje kolejowe przewozy intermodalne. W Polsce brakuje choćby jednego obiektu podobnego do Werony czy Gratzu, gdzie oprócz podstawowej obsługi przeładunkowej oferowany jest cały pakiet usług dodatkowych [55].
Terminale często powstawały jako tymczasowe z chwilą pojawienia się klienta i dysponują tylko placami przeładunkowymi i mobilnymi urządzeniami przeładunkowymi kontenerów, a nie stałym wyposażeniem (stacjonarne urządzenia np. suwnice, bocznice kolejowe o dłu- gości 600-750m). Większość terminali to w rzeczywistości kolejowe terminale kontenero- we, a nie lądowe terminale intermodalne.
Charakterystycznymi cechami małych terminali kontenerowych są [56]:
- zły stan nawierzchni płyty terminali powodujący szybkie zużycie i uszkodzenia samojezdnych urządzeń przeładunkowych,
- niewłaściwy profil powierzchni placów składowych uniemożliwiający wysokie piętrzenie kontenerów (zły profil przy silnych podmuchach wiatru powoduje spa- danie ostatnich warstw),
- małe powierzchnie placów składowych powodujące ich zapełnienie ponad techno- logiczne normy, co z kolei utrudnia dotarcie do potrzebnej jednostki ładunkowej, - brak nowoczesnego sprzętu ładunkowego,
- terminale w większości nie spełniają wymogów umowy AGTC co do długości to- rów(tylko 4 terminale mają tory o długości powyżej 700m, a łącznie 15 o długości min 600m), czasu obsługi (przy dzieleniu składów odwóz i dowóz wagonów oraz oczekiwanie na czynności celne), połączeń z siecią drogową (co najmniej drogi szybkiego ruchu),
- brak torów wyładunkowych o długości co najmniej 600m, co powoduje koniecz- ność dzielenia składów i wykonywania dodatkowej pracy manewrowej co wydłu- ża obsługę,
- terminale generują wysokie koszty eksploatacji, co przekłada się na wysoką cenę usług przy relatywnie niskiej jakości.
Trzeba jednocześnie zaznaczyć, że w ostatnich latach nastąpiła wyraźna poprawa w tym zakresie. Dzięki dofinansowaniu unijnemu, głównie przez Centrum Unijnych Projektów Transportowych z Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko powstają nowocze- sne ogólnodostępne terminale intermodalne o charakterze centrów logistycznych takie jak Europort Sławków, Euroterminal Małaszewicze. Modernizacji podlegają także istniejące terminale np. terminale morskie w Gdyni, Gdańsku i Szczecinie, terminal w Świnoujściu, terminal w Kątach wrocławskich czy PKP Cargo Terminal Warszawa.
Pozytywnym aspektem jest również to, że większość polskich terminali zlokalizowana jest na liniach objętych umową europejską o ważnych międzynarodowych liniach transportu kombinowanego i obiektach towarzyszących.
Należy przypuszczać, że nowe terminale nadal będą w Polsce powstawały, aby zapewnić obsługę rosnących potoków ładunków i spełnić wymagania zrównoważonej polityki trans- portowej, ale również dlatego, że rozwój infrastruktury intermodalnej przyczynia się do [56]:
- wzrostu konkurencyjności logistycznego systemu regionu i kraju,
- poprawy wizerunku regionu sprzyjającego proekologicznym formom transportu, wzrostu zatrudnienia,
- lepszej obsługi potoków ładunków przepływających przez region.
Terminale przystosowane do przeładunku kontenerów w zakresie transportu kombinowa- nego mogą być wykorzystane tylko w przypadku systemów wykorzystujących standardo-
wy załadunek pionowy lub systemów z załadunkiem poziomym, które mogą samodzielnie dostosować się do powierzchni terminala.
Podstawowe wymogi (w tym techniczne) dotyczące terminali intermodalnych zostały ujęte w umowie AGTC. Określa ona linie, terminale, punkty graniczne, porty mające istotne znaczenie dla przewozów kombinowanych. Umowa precyzuje także minimalne wymogi dotyczące parametrów eksploatacyjnych pociągów i infrastruktury (terminali, stacji po- średnich, stacji wymiany grup wagonów, punktów granicznych oraz stacji zmiany zesta- wów kołowych).
Wymogi dotyczące terminali [55]:
– Okres pomiędzy końcowym terminem przyjęcia ładunków a odjazdem pociągów, jak również między przyjazdem pociągów a gotowością wagonów do wyładunku jednostek ładunkowych nie powinien przekraczać 1 godziny, o ile wymagania użytkowników odnośnie końcowego terminu przyjęcia lub oddania ładunków nie mogą być spełnione w inny sposób.
– Postój środków transportu drogowego, zapewniający dostawę lub odbiór jednostek intermodalnych, powinien być możliwie krótki (maksimum 20 minut).
– Długość torów przeładunkowych powinna umożliwiać wjazd pociągów z pełnym składem wagonów tj. o długości 600m. Docelowo przewiduje się, że optymalna długość całego składu powinna wynieść 750m.
– W przypadku realizacji przeładunków wagonów grupami (a nie całych pociągów) czas pracy dla realizacji tych operacji nie powinien być dłuższy niż 30 minut.
– Lokalizacja powinna zapewniać łatwy dostęp z ośrodków gospodarczych, w ra- mach sieci kolejowej miał dobrą łączność dalekobieżnymi liniami kolejowymi, a w przypadku przewozów grup wagonowych miał dobre połączenie z szybkimi pocią- gami towarowymi, wykorzystywanymi w transporcie kombinowanym.
Podstawowe kryteria, których spełnienie warunkuje możliwość sprawnej obsługi pociągów intermodalnych to:
– tory o minimalnej długości 600 m,
– dostęp do infrastruktury drogowej w postaci drogi ekspresowej lub autostrady lub do infrastruktury innych gałęzi transportu np. dróg wodnych śródlądowych czy por- tów morskich.
Jak dotychczas w Polsce nie funkcjonuje żaden specjalistyczny terminal przystosowany do środków transportu kombinowanego, które współdziałają z aktywnymi urządzeniami za- budowanymi w torach i peronach. Pierwszym planowanym do budowy w Polsce jest au- tomatyczny terminal do załadunku poziomego spółki CargoBeamer AG [16]. Planowana lokalizacja terminalu w Legnicy w pobliżu autostrady A4 nie została jeszcze potwierdzona.
Spółka PKP PLK, wykorzystując środki funduszy Unii Europejskiej, realizuje zadania in- westycyjne wynikające z zawartych umów o ważnych międzynarodowych liniach trans- portu kombinowanego i obiektach towarzyszących. Celem jest poprawa stanu techniczne- go infrastruktury do poziomu umożliwiającego zintegrowanie z systemem Unii Europej- skiej.
1.3. Perspektywy rozwoju polskiego rynku przewozów kombinowanych
Usytuowanie Polski na trasie międzynarodowego ruchu tranzytowego wschód – za- chód Europy, zapewne będzie skutkowało wdrożeniem najbardziej rozwiniętych i spraw- dzonych już w eksploatacji w Europie zachodniej systemów transportu kombinowanego.
Obecnie najbardziej dojrzałym technicznie systemem jest CargoBeamer, który umożliwia realizację przewozów z udziałem skomputeryzowanych systemów logistycznych. Drugim systemem o podobnych właściwościach jest również testowany przez przewoźników Mo- dalohr. Niezależnie od wybranego przez przewoźników systemu, w Polsce na linii wschód – zachód powstaną jedynie dwa lub trzy główne terminale przeładunkowe. Na rysunku 1.8 przedstawiono układ tras i terminali w zakrojonym na szeroką skalę pilotażowym projek- cie „Efficient Semi-Trailer Transport on Rail Baltica“ (w skrócie ESTRaB), w którym zde- cydowano się wprowadzić i wypróbować system CargoBeamer.
Rys. 1.8. Pilotażowy układ transportu ESTRaB [16]
1.4. Wnioski
Zaistnieje możliwość a nawet potrzeba uzupełnienia wdrożonych systemów obsłu- gujących główny ruch tranzytowy wyłącznie za pomocą dedykowanych wagonów na zau- tomatyzowanych terminalach. Technologia uzupełniającego transportu powinna opierać się na prostych oraz niedrogich rozwiązaniach, nie wymagających częstej i kosztownej obsłu- gi. System powinien być pozbawiony drogich urządzeń zabudowanych na wagonach lub terminalach. Właściwości pojazdów winny umożliwić transport naczep do każdej stacji kolejowej i ich rozładunek na utwardzonej nawierzchni bocznicy bez udziału urządzeń dźwigowych. Pomijając ograniczenia wynikające z gęstości sieci kolejowej, pojazdy po- winny konkurować z mobilnością transportu samochodowego.
Konkluzja:
Po wdrożeniu wysoko zaawansowanych systemów transportu kombinowanego obsługują- cych główny ruch europejski pojawi się luka transportowa dla realizacji usług transporto- wych na drugorzędnych kierunkach.
2. KOLEJOWE ŚRODKI TECHNICZNE W TRANSPORCIE INTERMODALNYM
Istotą transportu intermodalnego jest transport towarów w jednostkach ładunkowych zapewniających trwałość kształtu, wymiarów i zawartości ładunku od miejsca ich zesta- wienia poprzez łańcuch transportowy aż do chwili rozformowania.
W zależności od sposobu zestawienia ładunków w jedną całość wyróżnia się następu- jące rodzaje jednostek ładunkowych:
– jednostki paletowe; formowanie ładunków na znormalizowanych paletach [6A], – jednostki pakietowe; formowanie ładunków bez użycia palet przez zastosowanie
różnych środków wiążących ładunek,
– jednostki kontenerowe; formowane przy użyciu kontenerów [6].
Jednostki ładunkowe transportowane są w zintegrowanych jednostkach ładunkowych [7] które w transporcie intermodalnym stanowią:
– kontenery; urządzenia transportowe trwałe, o konstrukcji gwarantującej wielokrot- ne użycie, których budowa umożliwia przewóz jednym lub wieloma środkami transportu
– nadwozia wymienne; zdejmowane nadwozia ciężarowego pojazdu drogowego przeznaczone do kombinowanego kolejowo-drogowego przewozu towarów, wypo- sażone w specjalne podpory, nie przystosowane do piętrzenia,
– naczepy siodłowe; nadwozia transportowe posiadające drogowy układ jezdny oraz urządzenie umożliwiające sprzężenie z ciągnikiem siodłowym.
Kontenery i nadwozia wymienne podobne są do siebie pod względem właściwości i stanowią najpopularniejsze w transporcie jednostki zintegrowane.
Odmienne konstrukcyjnie i funkcjonalnie naczepy samochodowe najrzadziej występu- ją w transporcie intermodalnym. W transporcie kombinowanym, przewóz naczep koleją można klasyfikować konstrukcyjnie na dwie grupy:
– transport standardowych naczep na specjalnych wagonach, – transport przystosowanych naczep w systemach bimodalnych.
Przystosowanie naczep do transportu bimodalnego polega wyposażeniu ich w układy wsporników służących do łączenia z kolejowymi układami jezdnymi oraz na wzmocnieniu ich konstrukcji do stanu umożliwiającego przeniesienie sił występujących w transporcie kolejowym.
Istotnym kryterium decydującym o zastosowaniu kolejowego systemu transportu na- czep jest kierunek załadunku. Znane systemy umożliwiają jeden z następujących sposobów załadunku:
– pionowy,
– poziomy od czoła pojazdu, – poziomy z boku pojazdu.
Wprowadzenie do transportu zintegrowanych jednostek ładunkowych spowodowało przystosowanie istniejących oraz powstanie specjalistycznych pojazdów kolejowych. Naj- liczniejsze i najpopularniejsze w transporcie kolejowym są wagony umożliwiające prze- wóz kontenerów i nadwozi wymiennych. Najmniej jest wdrożonych i eksploatowanych pojazdów i systemów umożliwiających kolejowy transport kompletnych pojazdów drogo- wych lub samych naczep samochodowych. Jest to następstwem trudności konstrukcyjnych, jak również wynikiem istotnych, poza technicznych, uwarunkowań dotyczących przewo- zów drogowych i kolejowych.
Ujednolicone wymagania i zalety konstrukcyjne kontenerów i pojemników wymien- nych umożliwiły szybkie ich wprowadzenie do różnych gałęzi transportu. W transporcie kolejowym wykorzystano istniejące konstrukcje konwencjonalnych wagonów-platform wyposażając je w trzpienie kontenerowe. Możliwość wysuwania trzpieni w różnych kom- binacjach przewożonych kontenerów, bądź ich całkowite schowanie zwiększyło uniwer- salność platform. Zaprojektowane na początku lat 70-tych konstrukcje są nadal eksploato- wane. Platformy kolejowe były też wykorzystywane w transporcie kombinowanym. W 1994 roku podjęto próbę wdrożenia transportu samochodów ciężarowych takimi wagona- mi na Linii Hutniczo Siarkowej. Ponownie uruchomiony w 2005 roku transport naczep wraz z ciągnikami z Ukrainy do Sławkowa, odbywał się również na standardowych plat- formach.
Rys. 2.1. Transport 15 samochodów TIR linią LHS [61]
W celu obniżenia kosztów transportu, nowe konstrukcje projektowane są jako wagony specjalne charakteryzujące się małą masą własną i obniżonym poziomem powierzchni ła- dunkowej. Obniżenie masy wagonów uzyskuje się poprzez stosowanie materiałów kon- strukcyjnych o zwiększonej wytrzymałości i optymalizację konstrukcji. Obniżenie współ- czynnika masy własnej wagonu do masy ładunku osiąga się też przez łączenie dwóch jed- nostek wspólnym wózkiem uzyskując w ten sposób sześcioosiowe przegubowe wagony.
Posiadają one zdolności przewozowe dwóch klasycznych wagonów przy masie własnej jednostki mniejszej o masę jednego wózka oraz kompletu sprzęgów i zderzaków. Przykład wagonu przegubowego do transportu kontenerów 20, 30, 40 i 45 stopowych pokazano na rysunku 2.2.
Rys. 2.2. 6-osiowy przegubowy wagon platforma 90’ typu 627Za serii Sggmrss-K do przewozu konte- nerów [8]
Kolejnym rozwiązaniem również obniżającym koszty transportu kolejowego są wago- ny służące do tworzenia składów z jednostek krótko-sprzęgniętych. Do łączenia wagonów środkowych jednostek stosuje się krótkie sprzęgi śrubowe bez klasycznych haków oraz diagonalne pojedyncze zderzaki nisko zabudowane. Wagony te mają obniżoną powierzch- nię ładunkową, mniejszą masę własną a skrócona długość sprzęgnięcia umożliwia zwięk- szenie liczby wagonów w składach. Wagony skrajne mają z jednej strony zabudowane klasyczne urządzenia sprzęgowo-zderzne do łączenia z lokomotywą i innymi standardo- wymi wagonami. Rozwiązania takie stosuje się w transporcie kontenerów oraz naczep sa- mochodowych. Na rysunku 2.3 przedstawiono koncepcję zestawu lekkich platform do transportu kontenerów w składach wagonów krótkosprzęgniętych.
a)
b)
Rys. 2.3. Zestaw kontenerowy do tworzenia jednostek krótkosprzęgniętych a) wagon skrajny, b) wagon wewnętrzny [9]
Proces przewozu naczep samochodowych na środkach transportu kombinowanego jest utrudniony między innymi przez parametry konstrukcyjne naczep. Wyposażone są we wła- sny tylny układ jezdny drogowy, który przyczynia się do kolizji ze skrajnią pojazdów kole- jowych. Dlatego transport naczep postawionych na typowych platformach kolejowych jest utrudniony bądź też niemożliwy na wybranych szlakach, z powodu przekroczenia skrajni w jej górnym zarysie.
Jednym z pierwszych środków transportu naczep był system „ruchoma droga” (Rol- lende Landstrasse)[10]. System stanowi pociąg zestawiony z krótko sprzęgniętych nisko- podłogowych wagonów tworzących przejezdną powierzchnię ładunkową. Pierwszy i ostatni wagon wyposażony jest w czołownice odchylne posiadające standardowe urządze- nia pociągowo zderzne umożliwiające połączenie z lokomotywą i normalnymi wagonami.
Załadunek odbywa się na płaskim terminalu po otwarciu czołownicy i dostawieniu rampy najazdowej na końcu składu. Ciągniki z naczepami wjeżdżają od końca składu i ustawiają się kolejno na wagonach od czoła pociągu. Rozładunek następuje w tej samej kolejności poprzez rampę dostawioną do pierwszego wagonu. Możliwy jest również trans- port naczep bez ciągników siodłowych. Załadunek odbywa się pionowo dźwigiem lub po- ziomo przy pomocy specjalnego ciągnika a naczepa podczas transportu opiera się na belce postawionej na burtach wagonu. Niską powierzchnię ładunkową uzyskano dzięki zastoso- waniu kół o małej średnicy. Rozwiązanie to wymusiło złożoną konstrukcję układów jezd- nych. Niestety wieloosiowe wózki są drogie w eksploatacji z tytułu nadmiernych zużyć zestawów kołowych. Wymagają też ograniczenia prędkości z powodu obniżonego bezpie- czeństwa przed wykolejeniem. Pomimo swych wad system funkcjonuje nadal w tranzycie pojazdów samochodowych w Szwajcarii, Austrii i Niemczech. Pojedynczy wagon systemu
„ruchoma droga” wyposażony z dwóch stron w czołownice odchylne przedstawiony jest na rysunku 2.4.
Rys. 2.4. Wagon niskopodłogowy konstrukcji IPS „TABOR” [8]
Do transportu naczep przystosowanych do pionowego załadunku według karty UIC 596-5 [62], zaprojektowano wagony kieszeniowe. Wagony wykonane według wymagań zawartych w kartach UIC 571-4 [63] służą do transportu naczep drogowych dwu lub trzy osiowych. Na burtach wagonów zamocowane są dodatkowo trzpienie kontenerowe umoż- liwiające przewóz kontenerów i niektórych typów nadwozi wymiennych. Pomimo uniwer- salności, wagony nie zostały wdrożone do eksploatacji w dużych ilościach, ponieważ zde- cydowana większość dotychczas produkowanych naczep nie została przystosowana do przeładunku pionowego.
Na rysunku 2.5. przedstawiono wagon kieszeniowy zaprojektowany w IPS „TABOR”
w Poznaniu przystosowany również do przewozu kontenerów i nadwozi wymiennych.
Rys. 2.5. Wagon kieszeniowy [9]
Na bazie wagonów kieszeniowych powstały wagony koszowe. Nazwa ich pochodzi od odejmowalnej od wagonu środkowej części ładunkowej przystosowanej do pionowego przeładunku. Załadunek naczepy odbywa się poziomo przez najazd naczepą do wystawio- nego poza wagon kosza, a następnie pionowo do wagonu wraz z koszem. Pomimo wyeli- minowania wady wagonów kieszeniowych, system ten również nie został powszechnie zastosowany. Na rysunku 2.6 przedstawiono konstrukcję wagonu koszowego.
Rys. 2.6. Wagon koszowy [11]
Do załadunku pionowego wagonów kieszeniowych naczepami standardowymi po- wstał prosty i tani system ISU. System przedstawiony na rysunku 2.7 wykorzystuje wago- ny kieszeniowe doposażone w belki - uchwyty kołowe i belkę wspierającą czop naczepy.
Stanowią one wraz z ramą pośrednią i sześcioma zawiesiami nosidło umożliwiające trans- port naczep standardowymi urządzeniami dźwigowymi na terminalach przeładunkowych.
Do przeprowadzenia podwieszenia naczepy służy specjalne stanowisko najazdowe poka- zane na rysunku 2.8. Wagon wyposażony w belki transportowe przedstawiony na rysunku 2.9. System ISU wdrożony został w 2009 roku przez Rail Cargo Austria do transportu na- czep tureckich przewoźników. Obecnie wykorzystywany jest przez Rail Cargo Group do transportu naczep z Triestu do Wels, przybywających drogą morską z Turcji [72].
Rys. 2.7. Standardowa naczepa w trakcie załadunku pionowego na wagon kieszeniowy [72]
Rys. 2.8. Stanowisko montażowe umożliwiające najazd naczepy na belki [72]
Rys. 2.9. Wagon wyposażony w belki transportowe [72]
Kolejnym wariantem wagonów kieszeniowo – koszowych jest system modalohr [12].
Jest to trzyczęściowy wagon złożony z dwóch modułów wózkowych oraz części środko- wej w kształcie zagłębionej platformy. Zagłębiona platforma jest rozłącznie powiązana z modułami wózkowymi. Na terminalu przeładunkowym wyposażonym w odpowiednią infrastrukturę pomocniczą, następuje rozłączenie części środkowej od modułów wózko- wych oraz obrót umożliwiający wprowadzenie do niej naczepy lub ciągników. Załadunek naczepy na wagon przedstawiono na rysunku 2.10.
Rys. 2.10. Wagon systemu modalohr w trakcie przeładunku [12]
Po załadowaniu, część środkowa wagonu powraca do pierwotnego położenia i zostaje zaryglowana na modułach wózkowych. Załadunek może odbywać się jednocześnie na każdym obrotowym stanowisku terminala. System modalohr umożliwia poziomy załadu- nek i transport naczep dowolnego typu oraz ciągników siodłowych, ale tylko na specjalnie wyposażonych terminalach. Terminal systemu modalohr przedstawiono na rysunku 2.11.
Rys. 2.11. Terminal systemu modalohr [12]
W pełni automatycznym wagonem do transportu naczep wraz z ciągnikami, nie wy- magającym specjalistycznego terminala jest Flexiwaggon. Konstrukcja wagonu umożliwia samodzielne wysunięcie przestrzeni ładunkowej w lewo lub w prawo w obydwóch kierun- kach. Załadunek i rozładunek może odbywać się z utwardzonej nawierzchni z boku toru przez najazd ciągnika z naczepą. Te zalety predysponują wykorzystanie systemu w pocią- gach ratowniczych oraz w transporcie drogowych pojazdów wojskowych. Maksymalna prędkość wynosząca 160 km/h oraz możliwość transportu naczep wraz z ciągnikami, sa- mochodów ciężarowych z przyczepami lub też kontenerów świadczą o wysokiej mobilno- ści i uniwersalności systemu. Złożona budowa wagonu, mechanizmów wysuwu, składa- nych ramp najazdowych i ich napędów skutkuje niekorzystną dużą masą własną oraz wy- sokimi kosztami wagonu. Flexiwaggony pokazano na rysunku 2.12.
Rys. 2.12. Flexiwaggon – w pełni automatyczny wagon [13]
Podobnym systemem, ale mniej skomplikowanym konstrukcyjnie jest Megaswing.
System zbudowany jest z dwu członów opartych na dwóch skrajnych wózkach i jednym środkowym, wspólnym dla obu członów. Wózki standardowej konstrukcji umożliwiają transport w stanie ładownym z prędkością 120 km/h. Człony tego systemu posiadają wy- chylne na boki i opuszczane do poziomu rampy części ładunkowe. Wagon posiada własny napęd hydrauliczny mechanizmów platformy ładunkowej. Załadunek odbywa się przez najazd tyłem naczepy z utwardzonego pobocza lub rampy z poziomu główki szyny. Po odłączeniu ciągnika część ładunkowa z naczepą przemieszcza się do pozycji transporto- wej. Wagonami można transportować naczepy bez ciągników lub krótsze samochody cię- żarowe. Pojazdy systemu Megaswing są drogie, ale umożliwiają obsługę rozproszonych klientów na standardowych stacjach przeładunkowych. Wagon z wysuniętą załadowaną rampą pokazano na rysunku 2.13.
Rys. 2.13. Megaswing [14]
Zbliżonym funkcjonalnie do systemu Megaswing jest zaprojektowany w Wojskowej Akademii Technicznej trzyczęściowy wagon z obrotową platformą ładunkową. Obrót na- stępuje na węźle obrotowym umieszczonym na obniżonej ramie w osi platformy i podpar- tej na rolkach. Według założeń ma posiadać własny napęd hydrauliczny mechanizmu obro- tu platformy oraz hydrauliczne podpory stabilizujące platformę podczas załadunku. Jest to nowa konstrukcja w fazie modelowych i komputerowych prób. Model wagonu pokazano na rysunku 2.14
Rys. 2.14. Projekt wagonu Wojskowej Akademii Technicznej [15]
Najbardziej rozbudowanym i zautomatyzowanym systemem jest CargoBeamer [16].
System składa się z terminali zbudowanych z modułów przeładunkowych oraz wagonów z mobilnymi platformami. Moduły wykonane są z prefabrykowanych elementów betono- wych uzbrojonych w tory i urządzenia. Umożliwia to budowę dowolnego terminala o wielkości i układzie dopasowanym do warunków i zapotrzebowania. W systemie, załadu- nek naczep odbywa się poprzez poziomy najazd na kosze oczekujące na pasie postojowym znajdującym się pomiędzy torami i drogą dojazdową. Po wjechaniu pociągu następuje roz- ładunek i załadunek równocześnie na lewy i prawy pas postojowy. Wagony posiadają opuszczane ściany boczne, co daje możliwość bocznego załadunku koszy z naczepami.
Przemieszczenie platform realizowane jest urządzeniami zabudowanymi w modułach ter- minala. Przeładunek platform odbywa się w pełni automatycznie równocześnie na 36 wa- gonach pociągu w czasie kilkunastu minut. Platformy systemu CargoBeamer umożliwiają przeładunek i transport standardowych naczep nieprzystosowanych do pionowego przeła- dunku żurawiem.
Pierwszy eksperymentalny terminal powstał w Lipsku. Widok terminala z wagonami i załadowanymi na platformach przedstawia rysunek 2.15. Kolejny budowany jest w Wolfsburgu. Wagony uzyskały pozwolenie na eksploatację w kilku krajach Europy. Pla- nowane jest wprowadzenie systemu w tranzycie między Holandią i Litwą.
Rys. 2.15. Terminal systemu CargoBeamer [16]
Kosze wagonów CargoBeamer umożliwiają również załadunek pionowy naczep sa- mochodowych. Na rysunku 2.16 pokazano kosz – moduł systemu w trakcie przeładunku konwencjonalnym urządzeniem na terminalu podczas testów wagonów w Szwajcarii.
Rys. 2.16. Naczepa w koszu CargoBeamer podczas przeładunku [73]
Odmienne od przedstawionych powyżej są systemy bimodalne. W systemach tych nie występują wagony, wykorzystuje się wózki kolejowe wyposażone w urządzenia mocujące naczepy siodłowe. Pociąg bimodalny zbudowany jest tylko z naczep i wózków. System taki najlepiej wykorzystuje skrajnię i charakteryzuje się najmniejszym stosunkiem masy taboru do masy ładunku. Wytrzymałość konstrukcji naczep standardowych nie pozwala na
bezpośrednie wdrożenie ich do systemów transportu bimodalnego. Z uwagi na kolejowe wymagania, struktura nośna naczep musi charakteryzować się większą wytrzymałością i sztywnością, spełniając wymagania wytrzymałościowe karty UIC 597. Ponadto w nacze- pach należy wprowadzić systemy mocowania z wózkami, zmiany w usprężynowaniu pneumatycznym, kolejowy przewód hamulcowy, układ ryglowania osi i inne zmiany kom- plikujące budowę, zwiększające masę własną, koszt eksploatacji i cenę naczepy [17]. Jed- nak porównując podstawowe parametry składów złożonych z taboru bimodalnego i z wa- gonów kieszeniowych uzyskuje się o około 50% lepszy stosunek masy ładunku do masy taboru obniżający koszty eksploatacji, oraz prawie połowę niższe koszty zakupu, na ko- rzyść systemu bimodalnego [71]. Systemy bimodalne powstały i zostały wdrożone do eksploatacji w USA. Po przystosowaniu do warunków europejskich przez kilka lat funk- cjonowały na trasach kolei niemieckich i włoskich. W Europie powstało kilka innowacyj- nych systemów bimodalnych. Systemy te nie są kompatybilne. Mimo prowadzonej polityki wdrożenia jednolitych unijnych środków transportu wobec braku jednego systemu bimo- dalnego transport ten nie funkcjonuje. W IPS „TABOR” w latach 90- tych XX wieku po- wstał polski system przystosowany do prędkości ruchu 160 km/h zbudowany na wózkach typu 6TN, a w 2012 roku system na standardowych wózkach Y25 przeznaczony do ruchu z prędkościami 100 i 120 km/h. Zbudowane prototypy pojazdów poddano niezbędnym próbom i badaniom zakończonym pozytywnie, jednak żaden z pojazdów nie został wdro- żony do eksploatacji. Na rysunku 2.17. zaprezentowano prototypowy zestaw bimodalny systemu TABOR.
Rys. 2.17. Tabor bimodalny przystosowany do ruchu „S” i „SS” [9]
W rezultacie kolejnego projektu zrealizowanego w IPS „TABOR” powstał pojazd pośredni między taborem bimodalnym oraz wagonami do transportu naczep [18]. Dwunaczepowy modułowy pojazd przeznaczony jest do poziomego załadunku naczepami na prostym ter- minalu i transportu w sformowanym składzie pociągu w całości do terminala rozładunko- wego. Nie stanowi przejezdnej powierzchni ładunkowej jak w składzie wagonów typu „ru- choma droga”, ale podobnie bez rozłączenia pociągu nie umożliwia rozładunku pojedyn- czych naczep na terminalach pośrednich. Pojedynczy moduł składa się z rozłączalnego dla załadunku przedniego i tylnego układu jezdnego. Moduły połączone są ze sobą tylnymi układami jezdnymi wyposażonymi w krótkie sprzęgi i diagonalne zderzaki. Na rysunku 2.18 przedstawiono budowę jednej części systemu. Przedni dwuosiowy układ jezdny połą- czony jest z naczepą i z tylnym czteroosiowym układem jezdnym na którym opierają się koła drogowe. Układy stanowią podparcie pionowe transportowanej naczepy tak jak w ruchu drogowym, ale wzdłużne siły pociągowe generują większe momenty gnące i powo- dują konieczność wzmocnienia transportowanych naczep. Stanowi to istotne ograniczenie zastosowania systemu.
Rys. 2.18. System modułowy IPS „Tabor” [18]
Przedstawione systemy umożliwiają kolejowy transport naczep samochodowych lub całych zestawów drogowych. Część konstrukcji przeznaczona jest do zestawienia jed- nolitych składów ruchu tranzytowego („ruchoma droga”, CargoBeamer, Modalohr), pozo- stałe mogą być włączone w skład dowolnego pociągu i rozładowane lub wyłączone ze składu na stacjach pośrednich. Różnią się poziomem technicznym realizacji przeładunku.
Proste, tanie konstrukcje posiadają ograniczone możliwości przeładunków, złożone, uni- wersalne są drogie i w większym stopniu narażone na awarie. Przeniesienie napędów ru- chomych podzespołów ładownych na terminale obniża masę i cenę wagonów, ale również ogranicza rozładunek wyłącznie na tych specjalistycznych terminalach. Podstawowe zalety i ograniczenia eksploatacji opisanych systemów przedstawiono w tabeli 2.1.
Tabela 2.1 Charakterystyczne właściwości systemów transportu naczep [opracowanie własne]
System Zalety Ograniczenia i wady
Wagony platformy Wykorzystanie eksploatowanego stan- dardowego taboru.
Przekroczenie skrajni w górnym zarysie eksploatacja w kraju tylko na Lini Hutni-
czo Siarkowej.
Ruchoma droga Krótki czas załadunku naczep wraz z ciągnikami, z użyciem stałej lub dosta-
wianej rampy czołowej.
Wieloosiowe układy jezdne z małymi średnicami kół są drogie w eksploatacji, ograniczają prędkość. Do eksploatacji w
skrajni UIC – GC.
Wagon kieszeniowy Tanie wagony oparte na standardowych wózkach, przystosowane również do
transportu kontenerów.
Wyłącznie dla naczep przystosowanych do załadunku pionowego.
Wagon koszowy Posiada zalety wagonu kieszeniowego, a ponad to umożliwia pionowy załadunek
standardowych naczep.
Wyłącznie załadunek pionowy kosza.
Duża masa własna.
Modalohr Umożliwia jednoczesny poziomy zała- dunek standardowych naczep na wago- ny całego składu, przeładunek dowolne-
go wagonu w składzie.
Przeładunek wyłącznie na terminalach wyposażonych w układy napędowe obro-
towych platform wagonów.
Flexiwaggon Przystosowany do poziomego, jedno- czesnego załadunku standardowych naczep wraz z ciągnikiem. Nie wymaga specjalnego terminala, załadunek odby-
wa się z utwardzonej nawierzchni wzdłuż torów.
Ciężkie, drogie, skomplikowane kon- strukcje wyposażone we własne napędy
ramp najazdowych.
Megaswing Umożliwia poziomy, jednoczesny zała- dunek standardowych naczep.
Skomplikowana droga konstrukcja ru- chomej części ładownej.
Projekt WAT Poziomy załadunek z płaszczyzny ter- minala bez urządzeń pomocniczych.
Umożliwia jednoczesny przeładunek dowolnej ilości, wagonów w składzie
pociągu.
Duża masa własna, skomplikowana kon- strukcja.
CargoBeamer Krótki czas załadunku na platformę i sformowania całego pociągu. System zautomatyzowany. Umożliwia poziomy
przeładunek naczep dowolnego typu w każdym miejscu składu pociągu.
Wysokie koszty systemu, przeładunek może odbywać się jedynie na specjal- nych terminalach stanowiących element
składowy systemu.
System bimodalny IPS Najmniejsza masa własna, wysoka prędkość transportowa(160 km/h), nie wymaga specjalnych terminali załadu- nek możliwy z poziomu główki szyny.
Transport wyłącznie specjalnie przysto- sowanych naczep. Nie ma możliwości wyłączenia naczepy na terminalach po- średnich. Transport bimodalny podlega
odrębnym przepisom kolejowym.
System modułowy IPS Niska masa własna, eksploatowany w skrajni UIC 505-1.
Transport wyłącznie specjalnie przysto- sowanych naczep.
3. SYSTEM TRANSPORTU KOLEJOWO - DROGOWEGO DLA PRZEWOZÓW STANDARDOWYCH NACZEP
SAMOCHODOWYCH 3.1 Założenia konstrukcyjne
Nowy system transportu ma służyć do przewożenia standardowych naczep samocho- dowych w dowolnych składach pociągów towarowych, uzupełniając europejski transport tranzytowy. Przeładunek naczep powinien odbywać się poziomo z utwardzonej na- wierzchni bocznicy bez urządzeń dźwigowych, przy pomocy ciągnika naczepy, innych ciągników lub lokomotyw dostępnych na bocznicach kolejowych. Z przedstawionych sys- temów wymagania takiego przeładunku spełniają Flexiwaggon i Megaswing, ale ich skomplikowana konstrukcja ruchomych platform z własnymi układami napędowymi po- woduje wysokie koszty produkcji i utrzymania podczas eksploatacji. Jednostki nowego systemu powinny charakteryzować się nieskomplikowaną budową, prostą obsługą nieza- leżną od zewnętrznych dodatkowych zabudowanych urządzeń oraz tanią eksploatacją.
Z uwagi na podwyższone opłaty korzystania z infrastruktury kolejowej dla pojazdów typu bimodalnego, przyjęto że nowy system będzie się opierał na pojazdach klasyfikowanych jako wagony, przy czym w ich konstrukcji wykorzystane zostaną wybrane techniczne roz- wiązania stosowane w systemach bimodalnych.
Projektowany pojazd dedykowany jest do eksploatacji przede wszystkim na liniach drugo- rzędnych, zlokalizowanych pomiędzy głównymi korytarzami transportowymi. W odnie- sieniu do głównych korytarzy spełniających wymagania skrajni typu C, linie drugorzędne charakteryzują się znacząco mniejszym gabarytem zewnętrznym dla ładunku, zdefiniowa- nym wymaganiami skrajni GB1. W związku z tym koła drogowe naczepy w uformowaniu kolejowym powinny być usytuowane na możliwie najmniejszej wysokości mierząc od po- ziomu główek szyn toru, tak by spełnić jednocześnie wymagania skrajni dotyczących dol- nych części taboru. Skutkiem powyższego wymagania konieczne jest zastosowanie zesta- wów kołowych o jak najmniejszej średnicy tocznej koła. Uwzględniając bezpieczeństwo jazdy, maksymalne naciski na tor oraz koszty eksploatacji wstępnie przyjęto do analiz koła o średnicy 760 mm. Jest to najmniejsza standardowa średnica koła, która będzie mogła przenieść obciążenia załadowanego naczepą wagonu a przejazd nie będzie podlegał dodat-
kowym opłatom z tego tytułu. Kształt transportowanych naczep wymaga obniżenia ostoi wagonu pod tylną częścią naczepy. W takim przypadku korzystnym rozwiązaniem jest połączenie dwóch identycznych wagonów w jednostkę za pomocą obniżonego krótkiego sprzęgu i dwóch diagonalnych zderzaków. W odniesieniu do dwóch samodzielnych wago- nów uzyskuje się:
- skrócenie długości sprzęgniętych wagonów,
- obniżenie masy i kosztów budowy o elementy konstrukcyjne ostoi umożliwiające zabudowę urządzeń pociągowo - zderznych na standardowej wysokości,
- obniżenia kosztu o wartość dwóch zderzaków i haków cięgłowych.
Taki wariant konstrukcji przyjęto do dalszych analiz. Jako materiał konstrukcyjny przyjęto powszechnie stosowaną w budowie pojazdów szynowych stal stopową o podwyższonej wytrzymałości S355.
3.2 Konstrukcja
Zgodnie z przyjętymi założeniami system zaprojektowany został jako wagon dwu- członowy. Z uwagi na koszt i stopień skomplikowania konstrukcji zrezygnowano ze zna- nych rozwiązań polegających na odchyleniu lub wysuwaniu na boki części ostoi dla prac przeładunkowych. Dla umożliwienia rozładunku poziomego przyjęto sposób stosowany w transporcie bimodalnym, przez rozłączanie składu. W przypadku wagonu z wózkami stan- dardowymi przejazd naczepy przez czoło wagonu byłby zbyt skomplikowany do realizacji.
Przyjęto koncepcję rozłącznych wagonów. Każdy z dwch wagonów stanowiących jednost- kę posiada dwie rozdzielne części: wewnętrzną z podparciem na koła naczepy oraz skraj- ną, wyposażoną w podparcie czopa naczepy. W pierwszym etapie rozpatrywano realizację oparcia wewnętrznej części na dwóch wózkach lub dwóch pojedynczych osiach. Rozwią- zanie to porzucono z uwagi na konieczność zapewnienia przesuwu bocznego wewnętrz- nych zestawów kołowych oraz wyższe koszty takiej konstrukcji. Do połączenia części wa- gonu wybrano koncepcję wsuwanych wzajemnie części belek grzbietowych i blokowanie ich końców sworzniami. Część wewnętrzną wyposażono w podpierające belkę grzbietową odchylne kółka umożliwiające realizację procesu łączenia i rozłączania oraz stanowiące podporę po rozdzieleniu części wagonu. Do wstępnych analiz wykorzystano wózek stoso- wany w systemie bimodalnym opierający się na standardowej konstrukcji wózka do wago-
nów towarowych typu Y25. Dwuczłonowy wagon stanowią połączone dwa identyczne człony. Pierwotną konstrukcję jednego członu wagonu pokazano na rysunku 3.1.
Rys. 3.1. Konstrukcja rozłącznego modułu wagonu z naczepą
Po wstępnych analizach funkcjonowania systemu, zmieniono miedzy innymi kształt belki grzbietowej skrajnej części oraz sposób blokowania, wyposażając ją w czop napro- wadzający i stabilizujący jej położenie podczas eksploatacji wraz z mechanizmem doci- skowym. Z uwagi na stabilną, utrzymującą równowagę konstrukcję skrajnej części, zrezy- gnowano z kółek podpierających belkę grzbietową. Również w części wewnętrznej usunię- to kółka. Z uwagi na zbyt duże siły potrzebne do uniesienia załadowanej naczepą części wewnętrznej, wprowadzono siłowniki hydrauliczne zasilane pompą z ręcznym napędem.
Wydłużone zostały podpory pod koła w części wewnętrznej dla umożliwienia bezpośred- niego najazdu kół naczepy przy maksymalnie możliwym pochyleniu wewnętrznej części wagonu. Fragment ostoi przedstawiający połączone belki grzbietowe dźwignią blokującą oraz zabudowane podnośniki pokazano na rysunku 3.2
Rys. 3.2. Połączenie belek grzbietowych
Wykorzystano wózki z hamulcem tarczowym. Po zamodelowaniu powyższych zmian uzyskano pojazd do dalszych analiz, przedstawiony na rysunku 3.3.
Rys. 3.3. Dwuczłonowy wagon transportowy załadowany naczepami samochodowymi
Jest to jednostka złożona z dwóch symetrycznych członów wagonu połączonych stale sprzęgiem krótkospiętym z diagonalnymi zderzakami. Na obu końcach jednostki zabudo- wano standardowe urządzenia pociągowo-zderzne. Naczepy drogowe transportowane są na ostojach nośnych członów wagonu, podparte tak jak w transporcie samochodowym, na czopie i na kołach. Do analiz przyjęto standardowe naczepy do poziomego załadunku bez jakichkolwiek dodatkowych wzmocnień w ich konstrukcji.
Prezentowana konstrukcja modułowa stanowi integralną jednostkę transportową, czyli wagon zdolny do tworzenia dowolnych składów pociągów towarowych ciągnionych po- jazdem trakcyjnym.
Strukturę budowy jednego modułu wagonu zilustrowano na rys. 3.4. Każdy człon wagonu składa się z dwóch wózków tocznych, ostoi nośnej zewnętrznej i ostoi nośnej wewnętrznej.
Rys. 3.4. Jeden moduł wagonu
Obie części ostoi nośnej są połączone między sobą przez dyszel ostoi zewnętrznej wsunię- ty w skrzynkową część ostoi wewnętrznej i odpowiednio zaryglowany.
Jeden człon wagonu w stanie rozłączonym zilustrowano na rys. 3.5. Część zewnętrzna utrzymuje się w stanie równowagi trwałej na wózku i może być w takim układzie prze-
ostoja zewnętrzna
ostoja wewnętrzna
mieszczana po torach. Załadowana naczepą ostoja wewnętrzna po przeciwległej stronie wózka oparta jest na podłożu wysuwaną w kierunku pionowym podporą.
Rys. 3.5. Jeden człon wagonu w stanie rozłączonym
Zabudowana na wózku ostoja zewnętrzna przedstawiona na rysunku 3.6 jest spawaną kon- strukcją skrzynkową złożoną z trzech głównych segmentów: belki końcowej, belki nad- wózkowej i belki łącznikowej.
Rys. 3.6. Ostoja zewnętrzna
Na belce końcowej zabudowano standardowe urządzenia pociągowo-zderzne. Na górnej płaszczyźnie belki nadwózkowej osadzono siodło mocujące czopy naczep. W dolnej strefie belki znajdują się elementy składowe oparcia ostoi nośnej na ramie wózka w postaci czopa skrętu i ślizgów bocznych, standardowych dla wagonów towarowych. Na końcu belki łącznikowej usytuowano czop naprowadzający, a po obu stronach na pionowych ścianach belki wykonano prostokątne otwory stanowiące opory dźwigni ryglujących. W dolnej czę-
czop naprowadzający
opora dźwigni belka łącznikowa
belka łącznikowa wskaźnik hamulca
zawór sterujący hamulca ślizgi boczne
wózek belka końcowa standardowy zderzak odluźniacz hamulca
siodło belka nadwózkowa
standardowy sprzęg
czop kołnierzowy
ści belki umieszczono czopy kołnierzowe ustalające położenie belki po połączeniu. Na ostoi zabudowano aparaty i urządzenia hamulcowe: zawór sterujący, zbiornik powietrza, wskaźniki hamowania, urządzenie przestawcze „próżny-ładowny” i odluźniacz hamulca.
Rysunek 3.7 przedstawia na przekroju w osi czopa skrętu połączenie wózka z ostoją.
Rys. 3.7. Połączenie wózka z ostoją
Ostoja wewnętrzna pokazana na rysunku 3.8 jest również spawaną konstrukcją skrzynko- wą złożoną z belki końcowej, belki nadwózkowej i głównej belki nośnej.
Rys. 3.8. Ostoja wewnętrzna
Na belce końcowej zabudowano urządzenia pociągowo-zderzne w postaci diagonalnego zderzaka, płyty zderzakowej oraz urządzenia cięgłowego ze sprzęgiem krótkim służącym do stałego połączenia z symetrycznym modułem wagonu. Belka nadwózkowa ostoi służy do zabudowy czopa skrętu oraz ślizgów bocznych które stanowią oparcie i mocowanie ostoi nośnej na ramie wózka. Główna belka nośna jest złożona z belki centralnej o przekro- ju prostokątnym do której po obu stronach za pomocą wsporników zamocowano półki no-
gniazdo skrętu
belka nadwózkowa ślizg boczny
główna belka nośna
belka skrajna
diagonalny zderzak sprzęg krótki
płyta zderzakowa
slizgi boczne gniazdo czopa
podnośnik hydrauliczny
urządzenie ryglujące belka centralna wspornik
półka nośna belka nadwózkowa
śne. Półki służą do najazdu i podparcia kół naczepy. Belkę główną wyposażono w urzą- dzenie ryglujące oraz podnośniki hydrauliczne zabudowane na pionowych ścianach bocz- nych belki centralnej. Na końcu belki centralnej na wewnętrznych stronach pionowych ścian belki wykonano odpowiednio ukształtowane gniazda współpracujące z czopami koł- nierzowymi ostoi zewnętrznej, a w dalszej części belki prostokątne otwory na dźwignie ryglujące oraz czop oporowy zamykający przestrzeń wewnętrzną belki centralnej. Elemen- ty te pokazano na rysunku 3.9 przedstawiającym przekrój belki nośnej.
Rys. 3.9. Przekrój belki głównej
W celu połączenia ostoi zewnętrznej na wózku z ostoją wewnętrzną na wózku należy wprowadzić belkę łącznikową w prostokątny otwór belki centralnej ostoi wewnętrznej aż do oparcia czopa naprowadzającego w gnieździe czopa oraz oparcia czopów kołnierzo- wych w ich gniazdach w pionowych ścianach belki centralnej. W tym położeniu belek na- leży zacisnąć końce dźwigni ryglujących przez prostokątne otwory wykonane w ścianach bocznych belki łącznikowej i belki centralnej. Zacisk wykonuje się za pomocą śruby roz- pierającej ramiona dźwigni, wykonując odpowiednią liczbę jej obrotów przy pomocy klu- cza. Urządzenie ryglujące pokazano na rysunku 3.10.
Rys. 3.10. Urządzenie ryglujące w stanie otwartym
gniazdo czopa kołnierzowego
otwór dźwigni ryglującej gniazdo czopa naprowadzającego
kostka z gwintem
śruba z dwustronnym gwintem dżwignia ryglująca
