Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania

Transkrypt

Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania
mgr inż. Piotr Tokaj
Laboratorium Badań Taboru
[email protected]
www.ikolej.pl
Doświadczenia z dotychczasowych prób
i możliwości zastosowania podkładów typu Y
w Polsce
Seminarium Instytutu Kolejnictwa
Warszawa 2 czerwca 2015
PLAN PREZENTACJI
Wprowadzenie
Historia podkładów Y w Polsce
Właściwości podkładów Y
Analiza teoretyczna i symulacje komputerowe
Badania doświadczalne
Podsumowanie, wnioski, dyskusja …
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
WPROWADZENIE
Przykłady rozwiązań drogi kolejowej:
drogi na podkładach drewnianych, betonowych, stalowych, oraz bezpodsypkowe (płytowe). Wszystkie one
spełniają postanowienia i przepisy kolejowe w określonych przedziałach prędkości i nacisków osi.
Nie oznacza to, że jakość eksploatacyjna tych nawierzchni kolejowych jest taka sama.
O ile w zakresie nierówności i innych dysfunkcji toru, istnieje wiele sposobów oceny stanu toru, to brakuje narzędzi
oceny danego typu nieprawidłowości.
Wyróżniamy trzy podstawowe podziały dróg kolejowych ze względu na prędkość eksploatacyjną:
– droga o parametrach linii górskiej przy dużej ilości łuków o małych promieniach i dużych pochyleniach podłużnych, V80 km/h
– droga typowa dla prędkości przeciętnych, V=80  160 km/h (wyjątkowo do 200 km/h),
– drogi o parametrach linii dla kolei dużych prędkości, V200 km/h
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
WPROWADZENIE
W ostatniej dekadzie obserwujemy znaczny przyrost przewozów zarówno pasażerskich jak towarowych
transportem drogowym. Jednocześnie następuje spadek przewozów transportem szynowym. W wielu przypadkach
jest to związane z brakiem konkurencji ze strony kolei, szczególnie w ruchu pasażerskim w rejonach podgórskich
i górskich.
Jednym z elementów które mogłyby zwiększyć konkurencyjność przewozów kolejowych jest czas przejazdu
i związane z tym koszty. Jednak szczególnie w rejonach podgórskich występują trudne warunki terenowe
uniemożliwiające korektę istniejących linii kolejowych.
Można temu zaradzić wykorzystując zamiast tradycyjnej drogi kolejowej na betonowych podkładach belkowych tor
bezstykowy na stalowych podkładach typu „Y”.
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
WPROWADZENIE
Pierwsze odcinki toru z podkładami
stalowymi typu Y ułożono w 1984 r.
W chwili obecnej w Europie jest już
ponad 1000 km toru.
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Historia podkładów Y w Polsce
Kolej linowo-terenowa
na Gubałówkę w Zakopanem
W roku 2001 Wykonano naprawę
główną drogi szynowej na Gubałówkę
gdzie wykorzystano:
szyny stalowe, podkłady stalowe Y
•
szerokość toru 1000 mm
•
krążki trasowe 328 szt.
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Historia podkładów Y w Polsce
Linia kolejowa nr 94
Kraków Płaszów - Oświęcim
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Historia podkładów Y w Polsce
Linia kolejowa nr 117
Kalwaria Zebrzydowska Lanckorona
Bielsko - Biała
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Historia podkładów Y w Polsce
Linia kolejowa nr 109
Kraków Bieżanów – Wieliczka Rynek Kopalnia
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Historia podkładów Y w Polsce
Linia kolejowa nr 108
Stróże - Krościenko
Sanok Miasto - Sanok
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Historia podkładów Y w Polsce
Linia kolejowa nr 309
Kłodzko – Kudowa Zdrój
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Historia podkładów Y w Polsce
Linia kolejowa nr 118
Kraków Główny - Balice
Rok 2007
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Historia podkładów Y w Polsce
Rok 2014
Linia kolejowa nr 118
Kraków Główny - Balice
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Historia podkładów Y w Polsce
Rok 2014
Linia kolejowa nr 118
Kraków Główny - Balice
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Historia podkładów Y w Polsce
Rok 2015
Linia kolejowa nr 118
Kraków Główny - Balice
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Właściwości toru Y
sztywność ramowa toru z podkładami stalowymi typu Y oraz z szynami 60E1(UIC60),
i przytwierdzeniami typu S15/Sk114 jest ponad 15-krotnie wyższa od typowej ramy torowej
z podkładami betonowymi typu B- 70;
opory boczne ruchu podkładów w podsypce są co najmniej 1,5-krotnie wyższe od oporów
nawierzchni z podkładami belkowymi;
charakterystyczne jest to, że opory podłużne są porównywalne z poprzecznymi, podczas gdy
w przypadku podkładów belkowych opory podłużne są istotnie wyższe od bocznych;
siła krytyczna, przy której może nastąpić wyboczenie toru jest co najmniej 3-krotnie wyższa od tej
wartości w przypadku nawierzchni z podkładami betonowymi typu B-70.
Wielkość przesunięcia
podkładu
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Właściwości toru Y – ilość podkładów
Porównanie nawierzchni z podkładami typu Y
oraz belkowymi PS-94
Zredukowana ilość podkładów stalowych typu Y na 1 kilometr
803podkłady na typu Y 1 km
1667podkładów belkowych na 1km
Railway gft Polska
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Właściwości toru Y – szerokość torowiska
Podkłady Y:
Szerokość torowiska 2600 mm (300 + 2000 + 300)
Podkłady N:
Szerokość torowiska 3200 mm (400 + 2400 + 400)
Railway gft Polska
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Właściwości toru Y – grubość podsypki
Railway gft Polska
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Właściwości toru Y – niska wysokość
Railway gft Polska
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
ANALIZY TEORETYCZNE
Wprowadzenie do modelu numerycznego
Czynniki wpływające na wielkość dynamicznych oddziaływań pojazdu na tor:
nierówności powierzchni tocznych kół i szyn;
prędkości jazdy;
rodzaju i stanu złączy szynowych (tor konwencjonalny, bezstykowy);
krzywizny toru i przechyłki;
rozwiązań konstrukcyjnych części biegowych i nośnych pojazdu, obciążenia osi;
sprężystości w kierunku pionowym i poprzecznym toru;
rodzaju podsypki i stanu podtorza;
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
ANALIZY TEORETYCZNE
Program MEDYNA
Zagadnienia opisu matematycznego przestrzennych układów materialnych zostały opracowane w
formie algorytmów numerycznych umożliwiających automatyczną generację ich modeli
matematycznych.
Znanych jest dzisiaj kilkanaście różnych systemów programowych służących do symulacji
dynamiki tych układów. Do najbardziej rozpowszechnionych należą: ADAMS, DADS, MESA
VERDE, SIMPAC, MEDYNA.
CECHY CHARAKTERYZUJĄCE SYSTEM „MEDYNA”:
Generowane równania ruchu są linearyzowane wokół ruchu zadanego,
Ciała tworzące modelowany układ mogą być sztywne lub odkształcalne,
Opis odkształcalności ciała jest oparty na zasadach liniowej
przybliżonej metody Rayleigha-Ritza,
teorii sprężystości z wykorzystaniem
Możliwe jest wykorzystanie danych do opisu odkształcalności ciała z wybranego systemu MES.
Istnieje możliwość tworzenia tzw. substruktur, będących w istocie modelami złożonych obiektów,
używanych jako elementy w innych modelach. Przykładem takiej substruktury w "MEDYNIE" jest
układ: zestaw kołowy - element toru.
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
METODY BADAWCZE
Analiza zjawiska poruszającej się jednostkowej siły po nieskończenie długiej belce na podłożu lepkosprężystym – metody analityczne,
Przegląd metod obliczeniowych i programów komputerowych pozwalających na wykonanie modelu
drogi szynowej z tradycyjnymi podkładami belkowymi i podkładami typu „Y” – metody numeryczne,
Badania modelu torowiska na stanowisku do dynamicznych badań stacjonarnych w Laboratorium
Badań Materiałów i Elementów Konstrukcji CNTK w ramach projektu POLYS, oraz badania
laboratoryjne ciężkich podkładów PS-08 z przytwierdzeniem ICOSTRUN-02,
Badania dynamiczne oddziaływania pojazd szynowy – droga szynowa na odcinku doświadczalnym
Kalwaria Zebrzydowska Lanckorona – Wadowice w ramach projektu TOSIN, oraz badania na
odcinkach doświadczalnych linii CMK .
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
ANALIZY TEORETYCZNE
Model belki Bernouliego-Eulera
Wielkości geometryczne i fizyczne opisujące tor:
Różnica wysokości toków szynowych,
Wichrowatość toru,
Pędkość,
Obciążenie,
Sztywność i tłumienie podłoża.
Na wstępie rozpatrzymy tor prosty i poziomy, poddany obciążeniu siłą skupioną P, poruszającą się
ze stałą prędkością V.
Sprężystość
podparcia
szyn
charakteryzuje
charakteryzuje tłumienie w podłożu.
współczynnik
c,
natomiast
współczynnik
ekw
dyn
P
EJ
b
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
c
Warszawa 2 czerwca 2015
b
ANALIZY TEORETYCZNE
Model belki Bernouliego-Eulera
Rozpatrywany będzie wpływ sił bezwładności toru kolejowego przy wzroście prędkości. Równanie
różniczkowe ruchu belki o prostej postaci można otrzymać, traktując siły bezwładności toru jako
obciążenie równe:
2 y
m
t
2
gdzie m jest gęstością masy, przypadającą na jednostkę długości toru.
W ten sposób równanie różniczkowe linii ugięcia belki Bernoulliego-Eulera na lepko-sprężystym
podłożu przyjmuje postać:
EI y,xxxx+ mA y,tt+ c y = cq
EI
człon związany
z belką
EI - sztywność belki
4 y
x 4
2 y
 m t 2  b
y
t
 cy  P0 ( x  Vt )
siła bezwładności człon związany z podłożem
b - współczynnik lepkości
człon związany
z podłożem
c - współczynnik sprężystości
podparcia szyny (belki)
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
ANALIZY TEORETYCZNE
Model belki Bernouliego-Eulera
Jeżeli punkt P porusza się względem nieruchomego układu współrzędnych po pewnej linii to dla
określenia tego ruchu niezbędne jest podanie zależności pomiędzy współrzędnymi tego punktu
a czasem, zwanych równaniami parametrycznymi ruchu
x=f1(t);
y=f2(t);
z=f3(t)
Wtedy rzuty prędkości na osie prostokątnego układu współrzędnych są określone przez pochodne
odpowiednich współrzędnych względem czasu.
dz
dy
dx
Vz 
Vx 
Vy 
dt
dt
dt
Prędkość punktu na płaszczyźnie określona jest wzorem:
V  Vx2  Vy2
Zgodnie z równaniami parametrycznymi miary rzutów przyspieszenia na osie wyniosą
d2 x
ax  2
dt
d2 y
ay  2
dt
d2 z
az  2
dt
*)
Jeżeli w pewnej chwili przyspieszenie punktu wyniesie a to zgodnie z II prawem Newtona działa na
niego siła F=ma. Rzutując obie strony tej zależności na osie układu współrzędnych i uwzględniając
*) to otrzymamy trzy zależności skalarowe nazywane:
d2 x
d2 y
d2 z
Px  m
dt 2
Py  m
dt 2
Pz  m
dt 2
Wyniki analizy modelu belki Bernouliego-Eulera będą bezpośrednio wykorzystane w
budowie modelu numerycznego drogi szynowej w programie MEDYNA.
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
ANALIZY TEORETYCZNE
Wprowadzenie do modelu numerycznego
Czynniki wpływające na wielkość dynamicznych oddziaływań pojazdu na tor:
nierówności powierzchni tocznych kół i szyn;
prędkości jazdy;
rodzaju i stanu złączy szynowych (tor konwencjonalny, bezstykowy);
krzywizny toru i przechyłki;
rozwiązań konstrukcyjnych części biegowych i nośnych pojazdu, obciążenia osi;
sprężystości w kierunku pionowym i poprzecznym toru;
rodzaju podsypki i stanu podtorza;
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
ANALIZY TEORETYCZNE
Metody Sztywnych Elementów Skończonych
Metoda Sztywnych Elementów Skończonych została opracowana w Instytucie Mechaniki i Podstaw
Konstrukcji Maszyn Politechniki Gdańskiej.
Polega ona na podziale układów rzeczywistych, w tym również układów ciągłych na
nieodkształcalne bryły, zwane sztywnymi elementami skończonymi. Elementy te połączone są
między sobą elementami sprężysto-tłumiącymi, których charakterystyki przyjmuje się jako liniowe.
Metoda SES ma szereg zalet, szczególnie przy rozwiązywaniu zagadnień dynamicznych.
Praktyka obliczeniowa wykazuje, że nawet zgrubny podział układu na sztywne elementy
skończone daje duże dokładności.
Metodą SES można wykonywać obliczenia częstości drgań własnych i odpowiadających im
postaci drgań, jak również
obliczenia drgań wymuszonych siłami i kinematycznie.
Wymuszenia te mogą być okresowe, nieokresowe lub stochastyczne.
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
ANALIZY TEORETYCZNE
Program MEDYNA
Zagadnienia opisu matematycznego przestrzennych układów materialnych zostały opracowane w
formie algorytmów numerycznych umożliwiających automatyczną generację ich modeli
matematycznych.
Znanych jest dzisiaj kilkanaście różnych systemów programowych służących do symulacji
dynamiki tych układów. Do najbardziej rozpowszechnionych należą: ADAMS, DADS, MESA
VERDE, SIMPAC, MEDYNA.
CECHY CHARAKTERYZUJĄCE SYSTEM „MEDYNA”:
Generowane równania ruchu są linearyzowane wokół ruchu zadanego,
Ciała tworzące modelowany układ mogą być sztywne lub odkształcalne,
Opis odkształcalności ciała jest oparty na zasadach liniowej
przybliżonej metody Rayleigha-Ritza,
teorii sprężystości z wykorzystaniem
Możliwe jest wykorzystanie danych do opisu odkształcalności ciała z wybranego systemu MES.
Istnieje możliwość tworzenia tzw. substruktur, będących w istocie modelami złożonych obiektów,
używanych jako elementy w innych modelach. Przykładem takiej substruktury w "MEDYNIE" jest
układ: zestaw kołowy - element toru.
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
WYNIKI OBLICZEŃ I SYMULACJI
Wyniki porównawcze – tor klasyczny i tor „Y”
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
WYNIKI OBLICZEŃ I SYMULACJI
Wyniki porównawcze – tor klasyczny i tor „Y”
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
WYNIKI OBLICZEŃ I SYMULACJI
Wyniki porównawcze – tor klasyczny i tor „Y”
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
WYNIKI OBLICZEŃ I SYMULACJI
Wyniki porównawcze – tor klasyczny i tor „Y”
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
WYNIKI OBLICZEŃ I SYMULACJI
Wyniki porównawcze – tor klasyczny i tor „Y”
ArgeCare
Numerische
Integration
Modell:1972
27.12.2005
16:15
MEDYNA
FKT. 20 (XAB): JAZDA PO TORZE TYPU Y i N V=9 km/h
-0.01105
-0.01110
-0.01115
-0.01120
-0.01125
-0.01130
-0.01135
-0.01140
Tor Y
0
0.6
1.2
1.8
Tor N
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
2.4
WEG
(M)
Warszawa 2 czerwca 2015
WYNIKI OBLICZEŃ I SYMULACJI
Wyniki porównawcze – tor klasyczny i tor „Y”
ArgeCare
Numerische Integration
Modell:1972
24.12.2005
18:14
MEDYNA
FKT. 12 (XAB): Tor Y i N V= 63km/h
-0.051
-0.052
-0.053
-0.054
-0.055
-0.056
TOR Y
0
20
40
60
TOR N
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
80
WEG
(M)
Warszawa 2 czerwca 2015
WYNIKI OBLICZEŃ I SYMULACJI
Wyniki porównawcze – tor klasyczny i tor „Y”
ArgeCare
Numerische Integration
Modell:1972
29.12.2005
16:48
MEDYNA
FKT. 2 (XAB):Tor Y i N V= 108 km/h
-0.035
-0.040
-0.045
-0.050
-0.055
-0.060
Tor N
Tor Y
0
0.6
1.2
1.8
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
2.4
WEG
(M)
Warszawa 2 czerwca 2015
BADANIA DOŚWIADCZALNE
Próby stanowiskowe torowiska z podkładami typu „Y”
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
BADANIA DOŚWIADCZALNE
Próby stanowiskowe torowiska z podkładami typu „Y”
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
BADANIA DOŚWIADCZALNE
Próby stanowiskowe torowiska z podkładami typu „Y”
Siła pionowa w funkcji przemieszczenia zarejestrowane nad podkładem i między podkładami.
po ułożeniu toru
po długim okresie eksploatacji
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
BADANIA DOŚWIADCZALNE
Badania na odcinku testowym Kalwaria-Wadowice
Badania dynamiczne na odcinkach testowych
Pomiary sił na styku koła z szyną oraz pomiary przyśpieszeń w różnych elementach taboru przy jeździe
z różnymi prędkościami – badania przeprowadzono dla całego odcinka testowego, ze szczególnym
uwzględnieniem układów krzywoliniowych nr 1 (R = 291 m) i 2 (R = 251 m).
Badania dynamiczne przeprowadzono w dwóch zasadniczych fazach:
a)
przed zmianą przechyłki, tzn. w 1 łuku kołowym (R = 291 m) nominalna przechyłka wynosiła 130 mm, a łuku
kołowym nr 2 (R = 251 m) nominalna przechyłka wynosiła 100 mm;
b)
po zmianie przechyłki, tzn. w 1 łuku kołowym (R=291 m,) nominalna przechyłkę podwyższono do wartości
160 mm, a łuku kołowym nr 2 (R=251 m) podwyższono przechyłkę do wartości 135 mm.
Przyjęte wartości przechyłki w obu łukach kołowych – odpowiednio – 160 mm dla R = 291 m oraz 135 mm
dla R = 251 m – wynikają z ograniczenia
hmax = (R-50)/1,5 (hmax [mm], R [m])
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
BADANIA DOŚWIADCZALNE
Badania na odcinku testowym Kalwaria-Wadowice
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
BADANIA DOŚWIADCZALNE
Badania na odcinku testowym Kalwaria-Wadowice
Data
Miejsce
18.09.2007
Odcinek I
Rodzaj pojazdu
Prędkość [km/h]
20-80
Węglarka
19.09.2007
Odcinek II
20-75
Odcinek I
20-76
20.09.2007
SA 133-004
Odcinek II
20-70
Odcinek I
50
02.10.2007
Pociąg papieski
Odcinek II
50
Odcinek I
20-82
04.10.2007
12.03.2008
Wagon barowy
Odcinek II
20-73
Odcinek I
20-80
Węglarka
13.03.2008
Odcinek II
03.11.2008
Odcinek I
20-75
SA 133-004
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
20-87,8
Warszawa 2 czerwca 2015
BADANIA DOŚWIADCZALNE
Wyniki badań na odcinku testowym Kalwaria-Wadowice
Przyspieszenie
poprzeczne
-Ys
RMS
Przyspieszenie
poprzeczne
Yq
Przyspieszenie
poprzeczne
Yq- RMS
-Yq
RMS
Przyspieszenie
poprzeczne
Yqstący
Przyspieszenie
poprzeczne
Ys quasistatyczne
- 1 zestaw
nabiegaj
Przyspieszenie
pionowe
Zq
Prędkość [km/h]
0,7
3
3
1,6
12
0,8
Przyspieszenie z*q (przód- I) [m/s2]
0,6
2,5
1,4
0,7
Przyspieszenie y*qst (przód - I) [m/s2]
Przyspieszenie y+s (nad zestawem 1) [m/s2]
Przyspieszenie y+s (nad zestawem 2) [m/s2]
Przyspieszenie y*s (przód - I) [m/s2]
Przyspieszenie z*s (przód - I) [m/s2]
[m/s^2]
[m/s^2]
[m/s^2]
[m/s^2]
[m/s^2]
Przyspieszenie y*q (przód - I) [m/s2]
2,5
10
1,2
0,5
0,6
2
2
8
0,51
0,4
0,8
1,5
6
1,5
0,4
0,3
0,6
0,3
1
4
1
0,4
0,2
0,2
2
0,5
0,2
0,1
0,5
0,1
000
0
20
20
20
20
40
40
40
40
50
50
50
50
60
60
60
60
65
65
65
65
70
70
70
75
75
75
prędkość
nominalna
[km/h]
prędkość
prędkość nominalna
nominalna [km/h]
[km/h]
prędkość nom inalna [km /h]
80
80
80
85
85
przed zmianą
po zmianie
limit
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
BADANIA DOŚWIADCZALNE
Wyniki badań na odcinku testowym Kalwaria-Wadowice
Przyspieszenie y*q (przód - I) [m/s2]
Przyspieszenie y*qst (przód - I) [m/s2]
Przyspieszenie y+s (nad zestawem 1) [m/s2]
Przyspieszenie y+s (nad zestawem 2) [m/s2]
Przyspieszenie y*s (przód - I) [m/s2]
Przyspieszenie z*s (przód - I) [m/s2]
[kN]
Przyspieszenie z*q (przód- I) [m/s2]
1,4
1,370160
1,2
1,160140
1 120
0,950
0,8 100
0,740
0,630 80
0,5 60
0,420
0,3 40
0,210 20
0,1
00 0
60,2
70,9
73,9
75,7
75,875,8
82,582,53
87,8 87,78
60,19
70,92
73,93
75,68
75,8
82,53
87,78
60,19
70,92
73,93
75,68
[m/s 2]
Yqst [kN]
Prędkość [km/h]
przed
zmianą
przed
zmianą
przed zmianą
pozmianie
zmianie
po zmianie
po
limit
limitlimit
V [km
V /h]
[km/h]
V [km/h]
Zależność quasistatycznej siły Yqst zestawu prowadzącego od prędkości V[km/h]
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
BADANIA DOŚWIADCZALNE
0,8
0,8
0,7
0,7
0,6
0,6
0,5
0,5
iloraz Y/Q
iloraz Y/Q
Wyniki badań na odcinku testowym Kalwaria-Wadowice
0,4
0,3
0,4
0,3
0,2
0,2
y = 0,0018x + 0,082
0,1
R2 = 0,846
y = 0,0025x + 0,0622
2
R = 0,8749
0,1
0
50
55
60
65
70
75
80
85
90
0
50
prędkość v [km/h]
55
60
65
70
75
80
85
90
prędkość v [km/h]
Wpływ prędkości V na stosunek siły prowadzącej do nacisku koła
na szynę Y/Q przed podniesieniem przechyłki (dane pomiarowe
Wpływ prędkości V na stosunek siły prowadzącej do nacisku koła
na szynę Y/Q po podniesieniu przechyłki (dane pomiarowe i linia
i linia trendu)
trendu)
Zarówno przed, jak i po zmianie przechyłki, warunek bezpieczeństwa ruchu, określony ilorazem Y/Q, jest spełniony
z dużym zapasem (nie przekracza poziomu 0,3, przy granicznej wartości 0,8) – w zakresie prędkości około 60-76 km/h
(przy przechyłce 130 mm) średni poziom Y/Q wynosi 0,203, a w zakresie prędkości około 74-88 km/h (przy przechyłce
160 mm) średni poziom Y/Q wynosi 0,265, co oznacza wzrost o 0,062;
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
PODSUMOWANIE - Wnioski
1. Wyniki otrzymane w trakcie wykonywanych badań na torze z podkładami typu „Y” wykazały istotną
zależność między dokładnością wykonania takiej nawierzchni kolejowej a siłami powstającymi w punkcie
kontaktu koła i szyny (Y/Q). Szczególnie ważne jest dokładne wypełnienie przestrzeni między ramionami
podkładów „Y” w celu zminimalizowania ryzyka powstania zbyt dużych ugięć podkładów. W tym celu
należy używać specjalnych podbijarek torowych do podkładów typu „Y” z późniejszą stabilizacją
dynamiczną stabilizatorem torowym typu DGS. Oznacza to, że stan toru ma istotny wpływ na parametry
oddziaływania układu pojazd – droga szynowa. Ponadto wykazano, że istnieje możliwość praktycznego
wykorzystania wyników pomiarów przyśpieszeń w pojeździe do oceny stanu drogi szynowej jako
podstawowego elementu infrastruktury transportu szynowego.
2.
Zmiana przechyłki spowodowała możliwość zwiększenia prędkości pociągów o ok.
10-15 km/h bez utraty komfortu jazdy, przy zachowaniu bezpieczeństwa. Potwierdziła się również
celowość zastosowania toru bezstykowego w łukach o tak małych promieniach – nie zauważono również
zużycia szyn na tokach szynowych.
Oznacza to, że wartość przechyłki toru jako parametru
konstrukcyjnego drogi szynowej wpływa na możliwość podwyższenia prędkości, co może być traktowane
jako podwyższenie jakości eksploatacyjnej drogi szynowej.
3. Rezultaty analiz teoretycznych są zbieżne z wynikami badań doświadczalnych.
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
PODSUMOWANIE – 27.05.2015
oględziny odcinka w Barwałdzie Średnim
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
PODSUMOWANIE – 27.05.2015
oględziny odcinka w Barwałdzie Średnim
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
PODSUMOWANIE – 27.05.2015
oględziny odcinka w Barwałdzie Średnim
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
PODSUMOWANIE – 27.05.2015
oględziny odcinka w Barwałdzie Średnim
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
PODSUMOWANIE – 27.05.2015
oględziny odcinka w Kleczy Dolnej
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
PODSUMOWANIE – 27.05.2015
oględziny odcinka w Kleczy Dolnej
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
PODSUMOWANIE – 27.05.2015
oględziny odcinka w Swoszowicach
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
PODSUMOWANIE – 27.05.2015
oględziny odcinka w Swoszowicach
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
DEGRADACJA PODKŁADÓW Y
Linia DB Halle - Bitterfeld
Od 1 sierpnia 2012 r. zamknięta jest całkowicie dla ruchu pociągów trasa Halle
(Saale) - Bitterfeld.
W 1995 wykorzystano przy jej budowie tzw. metalowe podkłady Y, ułożone na
nawierzchni asfaltowej z zastosowaniem mat izolujących wypełniających przestrzenie
między podkładami.
Na rok 2015 planowano całkowite odnowienie tego odcinka. Ostatnia ekspertyza
wykazała, że na skutek szybko postępującej korozji wystąpiły uszkodzenia na tyle
poważne, że prace należy przyspieszyć.
Najbardziej prawdopodobną przyczyną tak zaawansowanej korozji są podmycia
i zaleganie na podtorzu wody, która – inaczej niż w przypadku nasypu kamiennego nie ma stąd jak odpływać. Usunięcie mat izolujących nie przyniosło oczekiwanych
rezultatów, stąd tak poważny krok.
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
DEGRADACJA PODKŁADÓW Y
Linia DB Halle - Bitterfeld
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
DEGRADACJA PODKŁADÓW Y
Linia DB Halle - Bitterfeld
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
DEGRADACJA PODKŁADÓW Y
Linia DB Halle - Bitterfeld
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
WPROWADZENIE
ROZPORZĄDZENIE
MINISTRA TRANSPORTU I GOSPODARKI MORSKIEJ
z dnia 10 września 1998 r.
w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle kolejowe i ich usytuowanie.
§ 21.
1. Tor bezstykowy stanowi konstrukcję, w której kolejne szyny łączone są ze sobą trwale przy pomocy
zgrzewania elektrooporowego, spawania termitowego lub łukowego.
2. Długość odcinka toru bezstykowego jest nieograniczona. Odcinki toru z szynami spawanymi lub
zgrzewanymi o długości większej niż 180 m uważa się za tor bezstykowy.
3. Tor bezstykowy można stosować we wszystkich klasach torów, przy zachowaniu następujących
wymagań technicznych:
1) najmniejszy promień łuku poziomego toru powinien wynosić:
a) w torach głównych i głównych dodatkowych wszystkich kategorii linii - 500 m na podkładach
drewnianych i 450 m na podkładach betonowych,
b) we wszystkich torach stacyjnych - 300 m,
2) tor bezstykowy nie może zaczynać się i kończyć na krzywej przejściowej,
3) pochylenia podłużne linii kolejowej nie mogą przekraczać 12‰,
4) toru bezstykowego nie powinno się układać w miejscach, gdzie podtorze wykazuje tendencje do
trwałych odkształceń, a w szczególności na osuwiskach, zapadnięciach, w miejscach występowania
szkód górniczych,
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015
Dziękuję za uwagę
Doświadczenia z dotychczasowych prób i możliwości zastosowania podkładów typu Y w Polsce
Warszawa 2 czerwca 2015