Jakub M Ł Y Ń C Z A K
BADANIA E K SPE R Y M E N T A L N E I T EO R E T Y C Z N E R O Z JA Z D Ó W SZY NO W YCH
Streszczenie. W artykule przedstaw iono sposób w eryfikacji istniejących m etod pom iarów sił nastaw czych w u k ład ac h napęd zw rotnicow y-rozjazd. S iła nastaw cza je s t param etrem najczęściej regulow anym przez personel obsługi oraz je s t param etrem najczęściej m ierzonym . W pracy zajęto się szerzej tą w łaśnie siłą.
PRACTICAL AND THEORETICAL ANALISYS OF RAILWAY SWITCHES
Sum m ary. This article presents the w ay o f verification o f the existing m ethods o f m easurem ent o f setting forces in the point m echanism -point sw itch arrangem ent. S etting force is the param eter m o st often regulated b y the personnel as w ell as the m ost often m easured one. This article deals w ith the subject o f this setting force.
1. W STĘP
W artykule p rzedstaw iono sposób w eryfikacji istniejących m etod pom iarów sił nastaw czych w układach napęd zw rotnicow y-rozjazd. Siła nastaw cza je s t param etrem najczęściej regulow anym przez personel obsługi oraz je st param etrem najczęściej m ierzonym . W pracy zajęto się szerzej tą w łaśnie siłą.
N apędy elektryczne p rzen o szą m om ent obrotow y n a suw ak n astaw czy poprzez regulow ane sprzęgła. W ielkość siły nastaw czej zależy w ięc bezpośrednio od rodzaju użytego silnika i od regulacji sprzęgła. W przypadku przekroczenia przez opory przestaw iania rozjazdu w artości siły nastaw czej pow inien nastąpić poślizg na sprzęgle. L ecz w yregulow anie sprzęgła n a n ied o p u szczaln ą w artość siły nastaw czej m oże m ieć w pływ na bezpieczeństw o pasażerów oraz stan napędu zw rotnicow ego. O szkodliw ości przeregulow ania sprzęgła m ożna się przekonać na przy k ład zie zw rotnicy nastaw ianej napędem JE A 29 w sytuacji opisanej poniżej.
M iędzy ig licą a o p o rn icą znajduje się przeszkoda. W tej sytuacji pow inien nastąpić poślizg sprzęgła. Jeśli je d n a k siła nastaw cza będzie w yregulow ana na dużo w ięk szą w artość, to na napęd działa n iezró w n o w ażo n y m om ent obrotow y pow odujący przem ieszczenie napędu
240 J. M łyńczak
po obw odzie koła i p rom ieniu rów nym odległości środka ciężkości napędu od przegubu m ocow ania.
K ierunek przem ieszczenia napędu zależy od kierunku ruchu suw aka nastaw czego:
przy w ciąganiu suw aka napęd przem ieszcza się ku górze, - przy w ypychaniu suw aka nap ęd p rzesuw a się ku dołow i.
Inna sytuacja zachodzi w n apędzie zw rotnicow ym typu E EA -4. Podobnie ja k w napędzie JEA -29, przestaw ienie z w ro tn icy m ożliw e jest, gdy opór przestaw iania zw rotnicy je st m niejszy od siły nastaw czej. Jednak w napędzie typu E EA -4 p rzeregulow anie sprzęgła niesie za sobą inne zagrożenie. P raw idłow y proces przestaw iania układu napęd-rozjazd polega na tym, że po skasow aniu luzów silnik, ju ż podczas rozruchu, w ykonuje pracę przestaw iania rozjazdu. W czasie ty m szybko narastają prędkości kolejnych m as w irujących. Po zakończeniu przestaw iania, m im o w yłączenia zasilania silnika, w irujące m asy - dzięki sw ojej bezw ładności - są je s z c z e w ruchu. R uch ten je s t w ytłum iony p o przez niew ielki poślizg sprzęgła przeciążeniow ego. Jeżeli sprzęgło je st niepraw idłow o w yregulow ane (zw łaszcza gdy je s t nastaw ione n a w ięk szą od dopuszczalnej siłę nastaw czą), to w ytłum ienie bezw ładności w irujących m as p o p rzez p o ślizg na sprzęgle przeciążeniow ym n ie nastąpi. P rzypadek taki m oże spow odow ać, że w n apędzie pow stanie zjaw isko rew ersu, polegające na tym , iż przekładnia w ym usza p ew ien obrót silnika w p rzeciw n ą stronę. K o n sek w en cją tego je st zm iana położenia zestyków w urządzeniu sterująco-kontrolnym . Z m iana ta m oże zaistnieć natychm iast po procesie przestaw iania rozjazdu, lub podczas przejazdu taboru. D ruga sytuacja m a o w iele w iększe znaczenie, poniew aż zm iany te zach o d zą p odczas przejazdu taboru, uzew nętrzniają się zazw yczaj w ystąpieniem zjaw iska pozornego ro zprucia rozjazdu, a rozprucia te zn ajd u ją odzw ierciedlenie w książkach E1758. Ponadto w napędzie E E A -4 m oże zachodzić zjaw isko n iezak leszczen ia się rolek w ham ulcu zaporow ym , a co z a tym idzie - niezapew nienia odpow iedniej siły trzym ania napędu. Z jaw isko takie m oże być niebezpieczne, poniew aż m oże doprow adzić do sam oczynnego przestaw ienia rozjazdu pod przejeżdżającym taborem na skutek dynam icznego oddziaływ ania rozjazdu n a napęd zw rotnicow y.
Przedstaw ione pow yżej aspekty w ym usiły potrzebę stw orzenia now ej m etody pom iaru sił nastaw czych. M etoda ta m usi być niew rażliw a na b łęd y system atyczne, które w y stęp u ją przy obecnie stosow anych m etodach pom iaru.
2. C H A R A K T E R Y S T Y K A PO M IA R Ó W
W celu uniknięcia zagrożeń opisanych w e w stępie przeprow adzono serie pom iarów za pom ocą przyrządu trzpieniow ego pM O Z -a aktualnie w ykorzystyw anego do pom iaru sił nastaw czych oraz p ro to ty p em opracow yw anego przyrządu M S 450.
Pom iarów dokonano na stacji G órki-Sciem ie. W ykonano po d w a p om iary w danym kierunku p rzestaw ian ia jed n o cześn ie, m ierząc dw om a przyrządam i. P rzykładow e w yniki pom iarów przedstaw iono w tabelach 1 i 2.
T abela 1 W artości sił w stępnych i sił nastaw czych w rozjazdach n r 7 i 106 stacji
G órki-Sciem ie
Nr rozjazdu
Rodzaj pomiaru
pomiar trzpieniem pomiar MS450
+/- +/-
1 2 1 2
Rozjazd nr 106
W artość początkowa -162 -162 0 0
W artość końcowa 640 645 940 911
-/+ -/+
1 2 1 2
W artość początkowa 144 144 0 0
W artość końcowa -290 -333 -790 -840
+/- +/-
1 2 1 2
Rozjazd nr 7
W artość początkowa -88 -88 0 0
W artość końcowa 266 347 526 655
-/+ -/+
1 2 1 2
W artość początkowa 103 103 0 0
W artość końcowa -629 -970 -655 -738
Źródło: Badania własne
T abela 2 W artości sił w stępnych i sił nastaw czych w rozjazdach nr 7 i 106 stacji __________________ G órki-S ciem ie - arkusz zbiorczy__________________
Pomiar trzpieniem Pomiar MS450
Wartość początkowa -162 -162 -144 -144 0 0 0 0
Wartość końcowa 640 645 290 333 911 940 790 840
Wartość początkowa -88 -88 -103 -103 0 0 0 0
Wartość końcowa 266 347 629 970 655 526 655 738
Źródło: Badania własne
W tabeli 1 przedstaw iono w yniki pom iarów siły nastaw czej dla ro zjazdu n r 7 i 106 na stacji G órki-S ciem ie, tabela 2 przedstaw ia zbiorcze zestaw ienie w szystkich pom iarów (pod uwagę w zięto w artości bezw zględne sił).
Po zastosow aniu obróbki w yników pom iarów m o żn a zauw ażyć, że uzyskane w yniki cechują się pew nym rozrzutem w artości. Spow odow ało to przeprow adzenie eksperym entu
242 J. M łyńczak
polegającego na w ykonaniu serii 12 pom iarów w jed n y m rozjeździe w celu uzyskania większej populacji w yników . W ykres przedstaw iający te p o m iary pokazano n a rys. 1. M ożna zauw ażyć, że w yniki uzyskane prototypem przyrządu M S450 charak tery zu ją się m niejszym rozrzutem . P ozw ala to n a stw ierdzenie (poparte k ilkudziesięciom a pom iaram i), iż zaproponow any sposób pom iarów je s t lepszy od m etod trzpieniow ych i n ależy prow adzić dalsze prace nad rozw ojem przyrządu i m etody pom iarow ej. M ożna zauw ażyć, iż w yniki uzyskane przyrządem M S 450 charakteryzują się m ałym rozrzutem i o scylują w okół średniej.
-M IM
- M S
-- W S + MIM
- Srm im
- Srm s
- Ś R W S + MIM
nr pomiaru
Rys. 1. W yniki serii po m iaró w na przykładow ym rozjeździe na stacji Tychy. O znaczenia serii: M IM - w yniki uzyskane przyrządem p,MOZ-a; M S - przyrządem M S450;
W S+M IM - przy rząd em pM O Z -a z uw zględnieniem sił w stępnych. Serie z oznaczeniem SR to odpow iednie średnie w yników
R esults o f m easurem ents for a switch at the station o f T ychy. D escription o f series:
M IM - findings receiv ed b y the pM O Z -a device; M S - b y the M S 450 device;
W S + M IM - b y th e pM O Z -a device including initial forces. Series d escribed b y SR m ean average findings
Fig.
3. EW O L U C JA M E T O D Y I P R ZY R ZĄ D U
W celu ro zw o ju m eto d y i podniesienia jej w iarygodności aktualnie zostaną przeprow adzane analizy z w ykorzystaniem M ES przy pom o cy program u M SC /N A ST R A N . U zyskane w yniki analiz p o z w o lą n a optym alizację p aram etrów głow icy pom iarow ej oraz pozw olą na określenie w arto ści błędów pom iarow ych w ynikających ze złego ustaw ienia przyrządu.
Rys. 2. M odel 3D głow icy pom iarow ej przyrządu M S 450 w ykonany p rzy po m o cy program u A utoC A D
Fig. 2. 3D m odel o f m easu rin g head o f the M S450 device m ade in the A utoC A D program
N a rys. 2 przedstaw iono m odel 3D głow icy pom iarow ej w ykonanej w program ie A utoCA D , natom iast rys. 3 przedstaw ia przykładow ą siatkę elem entów skończonych w raz z przykładow ą m ap ą n aprężeń w ykonanych w program ie M SC /N A STR A N .
Ü B
Rys. 3. Siatka elem entów skończonych w raz z p rzykładow ą m ap ą naprężeń w ykonane w p ro gram ie M S C /N A S T R A N
Fig. 3. FE M grid w ith a sam ple m ap o f strain m ade in the M S C /N A S T R A N program
244 J. M łyńczak
4. W N IOSKI
W artykule przedstaw iono koncepcję now ego przyrządu do pom iaru sił nastaw czych w rozjazdach kolejow ych. W dalszym ciągu prow adzonych badań, po dokonaniu optym alizacji kształtu g ło w icy pom iarow ej i określeniu w pływ u złego ustaw ienia głow icy podczas pom iarów na w yniki, p ow stanie ostateczny kształt głow icy pom iarow ej i przyrządu.
D opracow anie przyrządu pom iarow ego pozw oli n a p rzeprow adzenie w eryfikacji jeg o dokładności oraz na dop raco w an ie szczegółów m etody pom iarow ej. D alszym etapem będzie w alidacja m etody pom iarow ej i przyrządu.
Literatura
1. K alicińska K ., O lendrzyński W ., Zajączkow ski A.: E lektryczne urządzenia zabezpieczania ru ch u kolejow ego. U rządzenia stacyjne. W K iŁ , W arszaw a, 1982.
2. W ym agania bezp ie czeń stw a dla urządzeń sterow ania ruchem kolejow ym . C entrum N aukow o-T echniczne K olejnictw a, 1998.
3. Pikoń A.: A utoC A D 2000& 2000PL . W ydaw nictw o H EL IO N , 2000.
4. E 24 Instrukcja u trzy m an ia urządzeń sterow ania ruchem kolejow ym na działce.
W arszaw a: B iuletyn PK P , 1996.
5. B ajon W ., O siński Z., Szafrański W.: E lektryczne napędy zw rotnicow e, W K iŁ, W arszaw a 1979.
6. Szafrański W .: P ro b lem y techniczno-eksploatacyjne układu n ap ęd-rozjazd kolejow y.
„Problem y K olejnictw a” , 1995, n r 21.
R ecenzent: Prof. dr hab. inż Z inow ij Stocko
A bstract
The article focuses o n th e concept on the m easurem ent o f setting forces at railroad sw itch-points. T he research is aim ed at m aking the head o f the m achine m ore preferable and deals w ith the investigation o f the influence caused b y p oor installation o f the h ead to identify the desirable shape o f th e h ead and to do appropriate m easurem ents. T he further w orking out o f the m easurem ents allow s to apply it precisely to w ork out details o f m easuring m ethod.
The next step w ill be validation o f the m easuring m ethod.
