Artykuł naukowy

ANALIZA ENERGOCHŁONNOŚCI RUCHU TROLEJBUSÓW
Mgr inż. Ewa Siemionek*
*Katedra Pojazdów Samochodowych, Wydział Mechaniczny, Politechnika Lubelska
20 - 618 Lublin, ul. Nadbystrzycka 36
1.
WSTĘP
Komunikacja miejska w skali globalnej przechodzi szereg reform mających na
celu ograniczenie zanieczyszczenia środowiska, hałasu, związanego z eksploatacją
różnorodnych
środków
transportu.
Korzystnym
rozwiązaniem
w
aspekcie
ekologicznym jest sukcesywne wprowadzanie na rynek pojazdów z napędem
elektrycznym, które obecnie przechodzą renesans dzięki postępowi technologicznemu
związanemu z pozyskiwaniem energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. Problemy
energetyczne ostatnich lat stały się najważniejszym aspektem kierunków rozwoju
transportu i wyboru środka przewozowego. Szczególnego znaczenia nabierają
pojazdy, które nie emitują spalin – m.in. trolejbusy.
Na terenie Lubelszczyzny podjęto działania zmierzające do zmniejszenia emisji
spalin i zużycia energii wykorzystywanej na potrzeby transportowe regionu. W celu
przeprowadzenia
bilansu
energetycznego
taboru
komunikacji
miejskiej
przeprowadzono badania energochłonności trolejbusów w rzeczywistych warunkach
ich eksploatacji.
2.
CHARAKTERYSTYKA OBIEKTÓW BADAŃ
Pierwsze trolejbusy zostały zbudowane w Niemczech pod koniec XIX wieku.
Ich nazwa związana jest z połączeniem dwóch słów: „trolley”(wózek/pałąk) i „bus”(od
łacińskiego słowa omnibus – dla wszystkich). Jest to pojazd drogowy napędzany
energią elektryczną pochodzącą z zewnętrznego źródła. Ruch pojazdu w znacznym
1
stopniu zależy od elektrycznej sieci trakcyjnej . W Polsce najczęściej zasilany jest
prądem stałym o napięciu ok. 600V. Do głównych jego zalet należy: brak emisji
spalin, cicha praca, wysokie osiągi i zdolność przeciążeń, brak wstrząsów oraz długi
czas eksploatacji pojazdu. Wadę stanowi uzależnienie trasy przejazdu od sieci
trakcyjnej zasilającej pojazd.
W układach napędowych trolejbusów spotykane są różne rodzaje silników
elektrycznych i układów sterowania. Począwszy od silników prądu stałego
(szeregowych, szeregowo – bocznikowych) do silników prądu przemiennego. Obecnie
każdy nowo produkowany pojazd posiada opcję rekuperacji energii, tzn. odzysku
energii podczas hamowania. W rejonach o gęstej zabudowie, gdzie prędkość jazdy jest
niska, do zasilania silników trakcyjnych stosuje się zestaw akumulatorów, na prostych
długich odcinkach pojazd wykorzystuje zasilanie z trakcji [2,3,4].
3. PRZEBIEG I WYNIKI BADAŃ
Badania zostały przeprowadzone w celu określenia energochłonności podczas
ruchu trolejbusu. Za obiekt do badań posłużył trolejbus marki Solaris Trollino 12 AC
(rys.1).
Rys. 1. Badany pojazd – Solaris Trollino 12
W tabeli 1. przedstawiono jego podstawowe dane techniczne.
2
Tabela1.
SOLARIS TROLLINO 12
DANE TECHNICZNE
Długość/szerokość/wysokość
12000 / 2550 / 3135 - 3490* [mm]
Wysokość wnętrza
2370 [mm]
Zwis przedni/tylny
2700/3400 [mm]
Kąt natarcia/zejścia
7/7 stopni
Masa własna / dopuszczalna
11600 - 14100 / 18000[kg]
Rozstaw osi
5900 [mm]
Średnica zawracania
~21,4 [m]
Silnik
asynchroniczny, 4-polowy
(Škoda 4ML3444 K/4 160 kW)
Sterowanie
TV Europulse (IGBT) CEGELEC
ANT 175-600 (IGBT) MEDCOM
Škoda BlueDrive (IGBT)
Wielkościami mierzonymi były:
wartości napięcia zasilającego pojazd,
wartości natężenia prądu pobieranego z trakcji przez silnik i układ sterujący,
prędkość pojazdu,
przyspieszenia oraz opóźnienia,
zużycie energii dla wyznaczonej trasy przejazdu.
W trakcie pomiarów rejestrowano współrzędne geograficzne.
Trasę przejazdu (rys. 2) wyznaczał odcinek AB-BA o długości 7,2 km. Badany pojazd
był sprawny technicznie. Podczas jazdy wszystkie wywietrzniki oraz okna były
zamknięte. Urządzenia niezbędne do bezpiecznego prowadzenie pojazdu były
włączone, pozostałe zostały wyłączone. Temperatura pracy poszczególnych zespołów
osiągnęła wartość ustaloną ze względu na wykonane wstępnej jazdy testowej. Podczas
badań rejestrowano zmiany natężenia prądu, napięcia, prędkości (rys.3.) oraz
przyspieszenia w funkcji czasu [1].
3
Rys. 2. Trasa przejazdu trolejbusu
Rys. 3. Charakterystyki czasowe napięcia, natężenia prądu oraz prędkości
W tabeli 2. określone zostały dane dotyczące: drogi całkowitej, czasu całkowitego,
prędkości średniej czasu napędzania, czasu napędzania, czasu ruchu ustalonego, czasu
zwalniania, a także składniki bilansu energetycznego pomiędzy poszczególnymi
przystankami na trasie [7,8,10].
Tabela2.
Zestawienie
obliczeń
energochłonności
ruchu
oraz
parametrów
kinematycznych dla przejazdu odcinka AB.
4
4.
WNIOSKI
Analiza literaturowa pokazuje, że jednym z podstawowych kryteriów oceny środków
komunikacji miejskiej są koszty eksploatacji, zależne od energochłonności w
warunkach rzeczywistego użytkowania [9,11].
Na podstawie wyników z przeprowadzonych badań można stwierdzić, że przy
zachowaniu takich samych warunków eksploatacji dla dwukrotnego przejazdu trasy
zarejestrowano jednakowe zużycie energii.
Z bilansu energetycznego obiektu badań wynika, że na przejechanym odcinku drogi
trolejbus pobrał z sieci energię elektryczną równą 5 kWh. Na całym odcinku przejazdu
odzysk energii stanowił ok. 20% zużytej energii.
5
LITERATURA
1. Ciastoń A., Sapań G.: „Prędkość komunikacyjna pojazdów w miejskim
transporcie zbiorowym” Transport miejski i regionalny 10/2006.
2. Dębicki M.: „Teoria samochodu. Teoria napędu”. WNT, Warszawa 1974.
3. Grochowski L.: Żuchowski A. „Samochody ciężarowe i autobusy” WKŁ, 2004.
4. Kasprzak J. Kelles-Krauz M.: „Podstawy trakcji elektrycznej w komunikacji
miejskiej” WSI,1995.
5. Kropiwnicki J.: Ocena efektywności energetycznej pojazdów samochodowych
z silnikami spalinowymi, monografie 110,Gdańsk 2011r.
6. Siłka W.: „Analiza energetyczna procesu rozpędzania samochodu”. Zeszyty
Naukowe WSI, Opole 1993.
7. Siłka W.: „Analiza wpływu parametrów cyklu jezdnego na energochłonność
ruchu samochodu”. Zeszyt 14 Monografia 2 PAN oddział Kraków 1998.
8. Siłka W.: Teoria ruchu samochodu, WNT, Warszawa 2002.
9. Ubysz A.: „Energochłonność samochodu a zużycie paliwa w złożonych
warunkach ruchu”. WPŚ Gliwice 2003.
10. Wołyńczuk P. Energochłonność, porównanie autobusu i trolejbusu, praca
dyplomowa PL, 2011.
Spis stron internetowych:
http://www.jp555.republika.pl/troll/uklnap.html
http://www.mpk.lublin.pl
6