Systemy podwozia pojazdów szynowych

Systemy podwozia pojazdów szynowych

Podwozie to najtrudniejsze miejsce zabudowy w pojeździe: na kadłubie łożyska (maźnicy) wszystkie drgania od współpracy koła z szyną przenoszą się bezpośrednio na zamontowane tam urządzenia, a do tego dochodzi woda, sól, pył hamulcowy i lód. Właśnie tam montuje się czujniki prędkości, czujniki temperatury łożysk i styki uszyniające, a pod ostoją - skrzynie baterii, boczniki, skrzynki bezpiecznikowe i połączeniowe obwodu WN, cewki hamulca szynowego, antenę ETCS i sprzęg z częścią elektryczną.

Sygnał prędkości z osi jest sygnałem bezpieczeństwa. Odometria ETCS używa dwóch niezależnych układów pomiarowych - czujników obrotów na zestawach kołowych i radaru Dopplera; ten sam sygnał zasila ochronę przeciwpoślizgową, sterowanie napędem, rejestrator i automatyczne piaskowanie po wykryciu poślizgu. Uszynienie pojazdu zamyka obwód powrotny: prąd trakcyjny wraca do szyn przez styki uszyniające na maźnicach, a rezystory ochronne około 0,1 Ω chronią łożyska przed przepływem prądu; nie na każdej maźnicy jest miejsce na styk, bo część zajmują czujniki.

Metro i tramwaj bez sieci górnej pobierają prąd z trzeciej szyny - odbierak montowany na wózku utrzymuje stały kontakt niezależnie od nierówności szyny, a nakładka stykowa (węgiel czysty, impregnowany miedzią, bezołowiowy lub w wykonaniu rozbieralnym) decyduje o tarciu i żywotności samej szyny prądowej. Obrzeże koła styka się z główką szyny przy każdym przetoczeniu; smarowanie cieczą niesie ryzyko zaniku bocznikowania obwodów torowych, dlatego pod ostoją montuje się też suche systemy ze sztyftem węglowym dociskanym sprężyną - bez ryzyka zakłócenia sygnalizacji.

W tym obszarze pracują: enkodery i czujniki prędkości na osie wózków (inkrementalne, absolutne, w wykonaniu SIL), rozdzielacze sygnałów enkoderowych, przetworniki sygnałów prędkości, urządzenia uszyniające osi i ich nakładki, odbieraki prądu trzeciej szyny, skrzynki bezpiecznikowe i połączeniowe obwodu WN pod ostoją, złącza wielostykowe sprzęgów i połączeń międzyczłonowych, złączki wysokoprądowe, systemy smarowania obrzeży kół. Urządzenia uszyniające, skrzynki bezpiecznikowe i połączeniowe WN, odbieraki prądu trzeciej szyny z nakładkami stykowymi i smarowanie obrzeży kół pochodzą w naszej ofercie od jednego dostawcy - Mersen.

Kryteria doboru - Systemy podwozia pojazdów szynowych

Kryteria doboru w tym obszarze:

  • Kategoria drgań - zabudowa na maźnicy i w wózku to wyższe kategorie wg EN 61373 niż w nadwoziu; deklaracja dla kategorii 1 nie wystarcza.
  • Funkcja bezpieczeństwa sygnału prędkości - odometria ETCS, WSP i sterowanie napędem wymagają czujników wielokanałowych, redundantnych, a dla funkcji SIL - enkoderów z certyfikatem wg EN 50128/EN 50129; rozdzielacz sygnału nie może wprowadzać wspólnego punktu awarii.
  • Izolacja galwaniczna i EMC - czujnik na maźnicy jest kilkadziesiąt centymetrów od silnika trakcyjnego i prądu powrotnego; separacja sygnału, ekranowanie, odporność wg EN 50121-3-2.
  • Prąd powrotny przez uszynienie - urządzenie uszyniające przenosi prąd trakcyjny pojazdu w sposób ciągły i prądy zwarciowe chwilowo; zużycie szczotek i rezystancja przejścia to parametry eksploatacyjne.
  • Skrzynki WN pod ostoją - napięcie izolacji dla 750–3000 V DC, stopień ochrony przed wodą i pyłem, odstępy wg EN 50124-1, palność EN 45545-2, dostęp serwisowy z kanału.
  • Odbieraki prądu trzeciej szyny (CCD) - napięcie 750 lub 1500 V DC, sposób odsuwania (ręczny/pneumatyczny), strona toru (dodatni/ujemny), materiał nakładki stykowej (węgiel czysty, impregnowany miedzią, bezołowiowy lub wykonanie EcoDesign z wymienną częścią węglową) - dobór wpływa na tarcie, żywotność szyny prądowej i koszt eksploatacji.
  • Smarowanie obrzeży kół - wykonanie suche (sztyft węglowy, aplikator sprężynowy) eliminuje ryzyko zaniku bocznikowania obwodów torowych, na jakie narażone jest smarowanie cieczą; zgodność z EN 16028 i EN 15427-2-1 potwierdza dobór pod kątem współpracy koło–szyna.
  • Sprzęg elektryczny - liczba styków, magistrale CAN/Ethernet/WTB, grzałki na niskie temperatury, osłony; łączenie tylko w stanie bezprądowym.
  • Temperatura i kondensacja - zakres od mrozu do nagrzania od hamulców; osuszanie, uszczelnienia, wykonania z grzałkami.

Pytania techniczne

Dlaczego odometria ETCS używa dwóch różnych czujników?

Dla bezpieczeństwa pomiar drogi i prędkości musi być odporny na poślizg i na uszkodzenie czujnika. Dlatego stosuje się dwa niezależne układy: czujniki obrotów na zestawach kołowych i radar Dopplera mierzący prędkość względem torowiska. Rozbieżność między nimi jest sama informacją o poślizgu.

Co jeszcze montuje się na kadłubie łożyska poza czujnikiem prędkości?

Czujniki temperatury łożysk i styki uszyniające (szczotki osiowe), które przekazują prąd powrotny z pojazdu do szyn. Ponieważ miejsce na maźnicy jest ograniczone, nie każdy kadłub może mieć styk uszyniający - układ czujników i uszynienia projektuje się razem.

Do czego służą rezystory ochronne łożysk?

Ograniczają prąd, który mógłby płynąć przez łożysko zamiast przez styk uszyniający; typowa wartość to około 0,1 Ω. Prąd przez łożysko powoduje erozję elektryczną bieżni i przedwczesne zużycie.

Czym różni się zabudowa skrzynki bezpiecznikowej pod ostoją od zabudowy na dachu?

Pod ostoją dochodzi pył hamulcowy, sól, woda z rozbryzgu i kamienie; wymagany jest wyższy stopień ochrony i odstępy izolacyjne dla silnego zabrudzenia, a dostęp serwisowy jest z kanału. Napięcie obwodu jest to samo - 750 do 3000 V DC zależnie od systemu.

Dlaczego smarowanie obrzeży kół stosuje się w wykonaniu suchym (sztyft węglowy), a nie cieczą?

Smarowanie cieczą niesie ryzyko zaniku bocznikowania obwodów torowych - producenci dokumentują to jako realny problem eksploatacyjny. System suchy ze sztyftem węglowym i sprężynowym aplikatorem dociska materiał do obrzeża bez cieczy, więc nie zakłóca obwodów torowych; dobór potwierdzają normy EN 16028 i EN 15427-2-1.

Czym różnią się nakładki stykowe odbieraków prądu trzeciej szyny (CCD)?

Materiałem węglowym - czystym, impregnowanym (także miedzią) lub bezołowiowym - oraz sposobem montażu: spawanym, klejonym, zaciskanym, zalewanym brązem albo w wykonaniu EcoDesign, gdzie wymienia się tylko element węglowy, a okucie wraca do obiegu. Dobór wpływa na tarcie, zużycie szyny prądowej i koszt eksploatacji.