Stanowisko do badań pantografów przeznaczone do eksploatacji w
advertisement
Janusz Borsiak, Janusz Ilski, Marek Kaniewski, Tomasz Kopycki, Wojciech Morawski, Krzysztof Piłka, Artur Rojek, Andrzej Szubko, Stanisław Szymański Stanowisko do badań pantografów przeznaczone do eksploatacji w procesie produkcji oraz utrzymania taboru kolejowego i tramwajowego – założenia Poprawienie jakości obsługi podróżnych, korzystających z PKP wymaga większej dbałości o stan techniczny taboru, w tym również odbieraków prądu. Podczas wyrywkowych badań odbieraków stwierdzono przypadki nienajlepszego ich stanu technicznego i regulacji. Obecnie, w Polsce, w znacznej większości przypadków są stosowane odbieraki prądu symetryczne, typu: AKP-4E 1 i 5ZL 2. Odbieraki te były wielokrotnie modernizowane – ostatnio w 2010 r. Zmieniono kształt ślizgaczy obu typów odbieraków. Zamiast dotychczas stosowanych nakładek miedzianych, roz­poczęto stosowanie nakładek węglowych. Uległ zmianie kształt ślizgacza. Zastosowano ślizgacze tzw. bliźniacze (podwójne). Maksymalna prędkość jazdy lokomotyw, przy jakiej mogą te odbieraki współpracować poprawnie z siecią trakcyjną to 125 km/h dla AKP-4E i160 km/h dla 5ZL. Maksymalny prąd ciągły dla nich wynosi 1000 A, a więc ciągła odbierana moc z sieci trakcyjnej wynosi najwyżej 3 MW. Dla modernizowanych i nowo budowanych pojazdów szynowych, szczególnie o mocy powyżej 3 MW, stosowane są odbieraki połówkowe typu DSA150 lub DSA200 firmy StemmannTechnik GmbH. Przeprowadzono również badania mające na celu zastosowanie odbieraków innych firm europejskich, jak Faiveley/ /Lekov, Schunk Kohlenstofftechnik GmbH i EC Engineering. Wszystkie te odbieraki powinny być należycie wykorzysty­ wane i utrzymywane. Najlepszym sposobem jest stosowanie właściwego stanowiska do diagnostyki odbieraków prądu. Pierwsze prace nad zbudowaniem takiego stanowiska były prowadzone w 1981 r., przez COBiRTK [1]. W późniejszym czasie zostały zbudowane cztery stanowiska w lokomotywowniach (MD) Warszawa Olszynka Grochowska, Zduńska Wola Karsznice, Kraków Prokocim i Idzikowice. Obecnie okazjonalnie pracują dwa z nich, w Warszawie na Olszynce Grochowskiej i Krakowie Prokocimiu. Na Olszynce Grochowskiej stanowisko zmodernizowano w 2007 r. [2]. Ma ono nowoczesny układ sterowania oparty o sterownik PLC, zastosowanie falownika do zasilania silnika wywołującego ruch ramy wymuszającej siłę statyczną podczas badania charakterystyki nacisku statycznego odbieraka. Sterownik nadzoruje proces diagnostyki oraz rejestruje wyniki, które w postaci raportu 1 2 można obejrzeć na dowolnym komputerze wyposażonym w bezprzewodową kartę sieciową. Wymagania obowiązujących norm, dotyczących odbieraków prądu W Polsce obowiązują dwie normy określające wymagania, dotyczące odbieraków prądu – PN-K-91001:1997 [3] oraz PN EN 50206-1:2009 [4]. Pierwsza z nich jest zredagowana w języku polskim. Druga ma przetłumaczony tytuł, ale główna jej część jest napisana w języku angielskim. Przy badaniu nowego typu odbieraka pierwsza z nich wymaga 21 sprawdzeń (prób), druga 14 sprawdzeń (testów). Zakres tych norm w większości pokrywa się, choć istnieją między nimi drobne różnice. Podczas badań rutynowych za pomocą stanowiska diagnostycznego można dokonać oceny tych parametrów odbieraka, które decydują o jakości jego współpracy z siecią trakcyjną, których odchylenie w stosunku do wymagań wpływa na powstanie zagrożenia. Należy przeprowadzić pomiary zgodnie z wymaganiami tych norm i dokonać oceny stanu na podstawie następujących parametrów: charakterystyki nacisku statycznego, siły tarcia suchego w przegubach (pomiar podwójnej siły tarcia), wychylenia poprzecznego ślizgacza, stopnia zużycia nakładek stykowych, czasu podnoszenia i opuszczania ślizgacza, rezystancji izolacji. W celu wyznaczenia charakterystyki statycznej stanowisko diagnostyczne musi zapewnić pomiar dwóch wielkości, siły F i przemieszczenia płaszczyzny roboczej ślizgacza H. Podczas próby należy przyłożyć do ślizgacza siłę w sposób wymuszający jego przemieszczenie w dół (od 1800 mm do 800 mm). Po osiągnięciu minimalnej wysokości nacisk na ślizgacz powinien być zmniejszony tak, aby zapewnić stałą prędkość ruchu do góry. Prędkość ruchów w obu kierunkach powinna wynosić 0,05 m/s. Na podstawie pomiarów należy obliczyć: wartość średnią siły statycznej z zależności: Fśr = (Fr + Fl)/2 (1) Pierwowzorem odbieraka prądu AKP-4E był AKP1 zbudowany na podstawie angielskiej konstrukcji o symbolu MV 1353 (firma Metropolitan Vickers). W Polsce AKP-4E jest eksploatowany od początku lat 50. XX w. Przez ten czas uległ modernizacji, ale ramiona i rama podstawa nie uległy zmianie. Odbierak 5ZL powstał przez modyfikacją zawieszenia ślizgacza i napędu pantografu AKP 4E. Prace modernizacyjne prowadzone były w COBiRTK, w latach 1977–1978. Miały na celu budowę odbieraka, który poprawnie by współpracował z siecią trakcyjną do maksymalnej prędkości jazdy równej 160 km/h. 1-2/2011 49 podwójną siłę tarcia z zależności: Fl – Fr (2) gdzie: Fl – siła podczas ruchu w dół [N], Fr – siła podczas ruchu do góry [N]. Średnią wartość siły nacisku statycznego należy obliczać według wzoru (1) przy tej samej wysokość podniesienia H płaszczyzny roboczej ślizgacza. Za pozytywny należy uznać wynik, jeżeli średnia wartość siły statycznej wynosi 110 ±10 N, a podwójna siła tarcia wynosi dla odbieraków: symetrycznych do prędkości jazdy v = 125 km/h (AKP-4E): 25 N, symetrycznych do prędkości jazdy v = 160 km/h (5ZL): 20 N, połówkowych do prędkości jazdy v = 200 km/h (np. DSA250): zgodnie z rysunkiem 1. Rys. 1. Wartość siły tarcia [N], zależna od wysokości podniesienia płaszczyzny ślizgacza, która jest podana w procentach zakresu pracy (working range [%]), według aneksu A normy PN EN-50206-1 [4] Podczas procesu diagnostyki odbieraka prądu z tłumikiem, np. DSA150, DSA200, SX007, WBL85, należy uwzględnić zmniejszenie siły statycznej. Poprawki nie uwzględniamy przy odbierakach typu 5ZL, AKP4E i 55ZW, ponieważ nie mają one tłumików. System pomiarowo-diagnostyczny powinien uwzględnić poprawkę w sposób automatyczny. Sprawdzenia odchylenia poprzecznego dokonujemy dla największej wysokości roboczej. Na tej wysokości podniesienia ślizgacza, odchylenie końca ślizgacza pod działaniem siły poziomej o wartości 300 N, przyłożonej poprzecznie w górnym przegubie ramy, powinno być nie większe niż 30 mm. Badania odchylenia poprzecznego ślizgacza odbieraka należy wykonać z obu stron odbieraka, jak wymaga tego norma PN EN 50206-1 [4]. Podczas badań symulacyjnych stwierdzono, że wartość odchylenia poprzecznego nie ulega zmianie, gdy kierunek działania siły jest od osi odbieraka lub do osi odbieraka (ciągnięcie za ślizgacz lub pchania ślizgacza). Zużycie nakładek węglowych należy mierzyć w środkowej części, w każdej nakładce osobno. Strefa pomiaru powinna wyno- 50 1-2/2011 sić, co najmniej ±300 mm, licząc od środka ślizgacza. Minimalna grubość nakładki węglowej zależna jest od częstości wykonywania przeglądu lokomotywy oraz rodzaju materiału węglowego nakładek. Najmniejsza grubość nakładki węglowej powinna wynosić co najmniej 4 mm, licząc od górnej krawędzi oprawy aluminiowej lub stalowej. Na stanowisku do badań pantografów należy przyjąć czas podnoszenia i opuszczania ślizgacza, jako czas ruchu ślizgacza odbieraka od minimalnej wysokości konstrukcyjnej (od momentu rozpoczęcia podnoszenia) do maksymalnej wysokości roboczej. Czas ten nie może być dłuższy niż 10 s. Czas opuszczania odbieraka z najwyższej wysokości roboczej do osiągnięcia najniższej wysokości konstrukcyjnej powinien zawierać się w granicach od 5 do 10 s. Przy temperaturze otoczenia poniżej –10°C dopuszcza się wydłużenie czasu opuszczania o 30%. Rezystancję izolacji odbieraka prądu, będącego 24 godz. w normalnych warunkach środowiskowych, należy uznać za prawidłową, jeżeli wynosi ona co najmniej 15 MW lub 1000 W na 1 V w przypadku, gdy odbierak znajduje się w warunkach największej wilgotności. Organizacja pomiarów Obecnie pomiary wykonywane są w sposób półautomatyczny. Podczas pomiarów musi być wyłączone napięcie w sieci trakcyjnej. Z wyjątkiem układu zadawania siły wymuszającej ruch ślizgacza, każdy pomiar wykonywany jest ręcznie. Ponieważ pomiar wykonuje się z wyłączonym napięciem w sieci trakcyjnej, sekwencja pomiarowa dla jednej lokomotywy jest następująca: wyłączenie napięcia, pełna diagnostyka pierwszego odbieraka prądu lokomotywy, włączenie napięcia do sieci trakcyjnej, przejazd lokomotywy po torze o odległości równej odległości między odbierakami (od 7 do 12 m, w zależności od typu lokomotywy), wyłączenie napięcia, całkowita diagnostyka drugiego odbieraka lokomotywy, włączenia napięcia i odjazd lokomotywy ze stanowiska do badania odbieraków. Cała sekwencja pomiarowa trwa od 40 do 60 min, z tego około 50 % czasu zabiera czas włączania i wyłączania sieci trakcyjnej oraz przetaczanie lokomotywy. Przez zmianę organizacji pomiarów można oszczędzić około 50% czasu potrzebnego na dokonanie diagnostyki odbieraków lokomotywy. Ponieważ w Polsce stosowanych jest wiele typów odbieraków, różniących się między sobą parametrami, niezbędne jest określenie typu odbieraka oraz nakładek stykowych przed pomiarami. Do każdego typu odbieraka należy przygotować bibliotekę zawierającą kryteria oceny parametrów diagnostycznych w sposób umożliwiający jej późniejszą aktualizację. Organizacja pomiarów nowego stanowiska do badań pantografów Organizacja pomiarów w nowym stanowisku do badania pantografów będzie w zasadniczy sposób różniła się od dotychczasowej. Lokomotywa zostanie podstawiona na stanowisko pomiarowe, zostanie wyłączone napięcie z sieci trakcyjnej, a następnie wszystkie czynności pomiarowo diagnostyczne będą wykonywane w sposób automatyczny. Po zakończeniu procesu diagnostyki Rys. 3. Układ wymuszający ruch ślizgacza stanowisko pomiarowe w MD Warszawa Olszynka Grochowska bezstykowy układ do pomiaru zużycia nakładek ślizgacza, organizację pomiarów umożliwiającą przyspieszenie procesu diagnozy odbieraków prądu na lokomotywie. Stanowisko do badań zostanie zbudowane w ramach wykonania projektu celowego nr 6 ZR6 2008C/07034. q Rys. 2. Stanowisko pomiarowe w MD Warszawa Olszynka Grochowska pierwszego odbieraka, głowica pomiarowa samoczynnie przejedzie do drugiego i powtórzy proces. Nie będzie wymagany przejazd lokomotywy i nie trzeba będzie wykonywać czynności związanych z włączaniem i wyłączaniem napięcia. Nowy układ pomiarowy będzie miał bezstykowy, automatyczny układ do pomiaru zużycia nakładek węglowych. Układ do zadawania siły wymuszającej ruch ślizgacza odbieraka będzie wykorzystywał siłownik elektryczny, co zmniejszy znacznie gabaryty urządzenia i poprawi jego bezawaryjność. Zakończenie Nowe stanowisko do badania odbieraków prądu będzie miało innowacyjne rozwiązania techniczne: układ wymuszający ruch odbieraka zbudowany z wykorzy­ staniem siłownika elektrycznego napędzanego silnikiem krokowym, www.ikolej.pl Literatura [1] Jarosz T.: Opracowanie koncepcji i danych wyjściowych dla urządzenia diagnostycznego do oceny stanu technicznego odbieraków prądu w warunkach lokomotywowni. COBiRTK, 11-1981 r. [2] Kaniewski M.: Wykonanie remontu stanowiska diagnostyki odbieraka prądu lokomotyw elektrycznych. Temat CNTK: 3375/12. Warszawa, 12.2007 r. [3] PN-K-91001:1997 Elektryczne pojazdy trakcyjne - Odbieraki prądu Wymagania i metody badań. [4] PN EN 50206-1: 2009 Zastosowania kolejowe - Tabor - Pantografy: Charakterystyki i badania – Część 1: Pantografy pojazdów linii głównych (oryg.). [5] PN EN 50367:2006/AC:2010 Zastosowania kolejowe - Systemy odbioru prądu - Kryteria techniczne dotyczące wzajemnego oddziaływania między pantografem a siecią jezdną górną (w celu uzyskania wolnego dostępu) (oryg.). www.woltan.com.pl 1-2/2011 51
