..: Nová koncepce dvoupodlažního vozidla pro příměstskou dopravu :..

Celkový pohled na vůz, foto: Jan Plomer Praha — V rámci studia na fakultě strojní ČVUT v Praze jsem navrhl koncept patrového dvoučlánkového vozu, který jsem v akademickém roce 2013/2014 v rámci diplomové práce prověřil po stránce proveditelnosti, a to především pojezdu. Koncepci jsem po technické stránce konzultoval s několika odborníky na podvozky, ale chyběla mi odezva ze stran širší odborné veřejnosti, hlavně z okruhu dopravců. To je důvodem k tomu, proč vám, čtenářům ŽelPage, nyní chci v článku koncepci představit. Představovaná koncepce je původní myšlenkou autora, některé aspekty jsou pak výsledkem studie proveditelnosti zpracované v rámci diplomové práce autora na FS ČVUT v Praze. Koncepce je zaměřena zejména na optimalizaci využití kinematického obrysu včetně jeho dovolených přesahů při průjezdu obloukem.

Popis koncepce

Hlavní myšlenkou koncepce je využít a sloučit výhody, které představují jednotlivé „standardní“ koncepce patrových vozidel. Standardní čtyřnápravové vozy se dvěma podvozky totiž díky převislým představkům mohou využívat při průjezdu obloukem i dovolený přesah obrysu vně koleje. Nevýhodou tohoto naopak je, že prostor nad podvozkem a představek je uzpůsobitelný pouze pro jedno podlaží, a délka, ve které lze použít dvě podlaží nad sebou, klesá. Tím pádem tak klesá i přidaná hodnota oproti jednopodlažním vozidlům. Proto je snahou maximálně prodloužit vzdálenost podvozků. Tato hranice se zastavila na hodnotě vzdálenosti otočných čepů 20 000 mm. Tato vzdálenost otočných čepů podvozků způsobuje, že skříň může být široká jen 2 770 - 2 780 mm, což je hraniční hodnotou šířky pro uspořádání interiéru se sedadly v uspořádání "2+2". Někteří výrobci zůstali z důvodu zachování komfortu u hodnot vzdálenosti otočných čepů pod touto maximální hranicí (19 000 mm), která umožňuje šířku vozu alespoň 2 810 mm. Protože tloušťku bočnice nelze zásadním způsobem ovlivnit, musí se chybějící centimetry projevit na vybavení interiéru. Buď se ušetří na šířce sedadel - ty však pak neodpovídají doporučením normy UIC 567 (ta mluví o hodnotách 500 mm sedák, 60 mm područka), nebo na šířce uličky, což je nevhodné i z hlediska bezpečnosti při případné evakuaci. U vícečlánkových vozidel se společnými Jakobsovými podvozky (pravými i nepravými) je rozšíření obrysu směrem ven z hlediska kinematiky průjezdu obloukem zcela nevyužité. Články těchto vozidel jsou tedy kratší o 2 představky a pro sestavení soupravy o srovnatelné kapacitě je třeba více kratších článků (jejich délka může být vzhledem k obrysu odpovídat maximálně zmíněným 19 - 20 metrům). Výhodou je (nebo spíše bylo by), že poměr délky využitelné pro dvě patra nad sebou vůči celkové je lepší.

Navrhovaná koncepce využívá společný podvozek. Na rozdíl od Jakobsova podvozku jsou otočné čepy jednotlivých skříní předsunuty směrem ke středu článku. Tím je docíleno toho, že je využito i vnější rozšíření obrysu v oblouku. Navíc je dosaženo i toho, že i když mohou být skříně dlouhé téměř jako u čtyřnápravových vozidel, je podíl využitelné délky pro uspořádání dvou podlaží větší. Navrhované vozidlo je koncipováno jako dvoudílné.

porovnání vozidel v oblouku, foto: Jan PlomerSrovnání využití prostoru, foto: Jan Plomersrovnani-071, foto: Jan Plomer

Porovnání vozidel: v oblouku, využití interiéru. Zdroj: autor

Návrh interiéru

Vnitřní prostor je v každém článku rozdělen do tří oddílů pro cestující. Dolní podlaží, střední podlaží nad podvozkem a horní podlaží. Protože tento dvoučlánkový vůz je rozdělitelný pouze dílensky, není důvod aby byl přechod mezi články ve standardizované výšce 1 250 mm. Z tohoto důvodu je volen v úrovni horního podlaží. Opačná čela jednotlivých článků jsou opatřena standadním rozhraním dle UIC. Nástupní prostory jsou voleny tak, aby byl z každých dveří umožněn přístup do všech oddílů. Nástupní prostory jsou vzhledem k článkům nesymetrické. Jeden článek obsahuje dva nástupní prostory se šířkou dveří 1 400 mm a druhý pouze jeden se šířkou dveří 2 000 mm. K nástupním prostorům blíže ke kraji vozidla přiléhá vždy jedno WC, které je uzpůsobeno i pro imobilní cestující. Dále je u těchto nástupních prostorů vytvořen víceúčelový prostor se sklopnými sedadly. Třetí nástupní prostor (prostřední) je nejmenší. Je z něj přístup přímo do spodního oddílu a po schodech přímo doprostřed horního podlaží, které je nedělené skrz oba dva články. Nejlepší představu o uspořádání interiéru dá však přiložený výkres a obrázek.

Typový výkres vozidla, foto: Jan PlomerUspořádání interiéru 3D, foto: Jan Plomer

Typový výkres vozidla • uspořádání interiéru. Zdroj: autor

Návrh pojezdu

Pojezd navrhovaného vozidla je velmi atypický. Jeho uspořádání činí toto vozidlo výjimečným. Pojezd sestává ze dvou „obyčejných“ podvozků krajních a jednoho podvozku společného, pro toto vozidlo přímo vyvinutého.

Krajní podvozky mají rozvor 2 400 mm. Primární vypružení je provedeno pomocí ocelových vinutých pružin a vedení dvojkolí je pak realizováno pomocí kyvných ramen s optimalizovaným poměrem příčné a podélné tuhosti. Sekundární vypružení je realizováno jako pneumatické, jednobodové, doplněné dvěma torzními stabilizátory. Nouzové vypružení je z důvodu zmenšení změny kolových sil realizováno rovněž jako jednobodové (paralelní, předepnuté) a nachází se tedy uprostřed hlavního příčníku. Tlumení je hydraulické a působí na svislé pohyby primárního vypružení a svislé, příčné a vrtivé pohyby sekundárního vypružení. Přenos podélných sil je prostřednictvím lemniskátového mechanismu pod hlavním příčníkem.

Střední podvozek je třínápravový. Primární vypružení je navrženo rozdílně pro krajní nápravy a střední nápravu. Primární vypružení krajních náprav je navrženo tak, aby byla jeho příčná tuhost relativně vysoká a podélná naopak relativně nízká. Toho je docíleno tím, že primární vypružení vzhledem k ložiskové komoře je nesymetrické. Na straně ke kraji podvozku ho tvoří ocelová vinutá pružina usazená na pryžových kloubech, na druhé straně ložiskové komory je pak pryžový prvek tvarovaný podobně jako pružina s optimalizovanou tuhostí ve všech třech směrech (podobně jako podvozek Flexx od firmy Bombardier, původně vzor Talbot). Primární vypružení střední nápravy je co se týká skladby pružících prvků podobné, ale tuhost je nízká v obou horizontálních směrech. Vedení krajních náprav je realizováno pomocí ojniček a vahadla otočně usazeného do hlavního příčníku rámu podvozku. Vahadla obou krajních náprav jsou nad příčníky spojena křížovou vazbou (na některých vyobrazeních chybí). Na jednom z vahadel je rovněž vytvořeno rameno pro převod pohybu mechanismu na střední nápravu. Tento převod je volen tak, aby dvojkolí zaujímala ideální radiální polohu v oblouku. Pohyb obou těchto vahadel je tlumen hydraulickými tlumiči. Obě sekundární vypružení jsou stejně jako u krajních podvozků vzduchová, jednobodová s jednobodovým nouzovým vypružením a doplněná o dvojici stabilizátorů. Na sekundárním vypružení jsou usazeny trojúhelníkové „delta“ rámy. Jejich pohyb vůči rámu podvozku je omezen podélnými ojnicemi, které dohromady vytvářejí paralelogram. Tyto ojnice jsou značně masivní protože přenášejí podélné síly až 2000 kN (dle P-I, EN 12 663). Na delta rámech jsou v oblasti nad sekundárním vypružením kluznice pro přenos svislých sil ze skříně nebo naopak na skříň. Přenos horizontálních sil se děje na třetí straně trojúhelníka, která je oproti podvozku podélně vyložena. Tam se na rámu nachází válcová díra, do níž zapadá čep. Primární vypružení je tlumeno hydraulickými tlumiči, vždy na straně vinuté pružiny. Sekundární vypružení je tlumeno ve svislém a příčném směru. Funkci tlumičů vrtivých pohybů zde zastávají kluznice na poměrně velikém poloměru vůči čepu.

Sestavný výkres podvozku, foto: Jan PlomerPohled na podvozek, foto: Jan PlomerPrimární vypružení, foto: Jan PlomerMechanismus, foto: Jan Plomer

Výkresy a modely podvozku. Zdroj: autor

Výpočet obrysu pro konstrukci vozidla

Výpočet obrysu pro konstrukci bylo potřeba přizpůsobit atypickému pojezdu. Vozová skříň se má vzhledem k obrysu tři kritická místa při průjezdu obloukem. Jsou to oba vnější rohy a plocha bočnice, která se nejvíce přiblíží mezní hranici v prostoru poblíž středu vzdálenosti podvozků. Vzdálenost k mezní hranici byla pro tato tři kritická místa prověřena pro posloupnost poloměrů a na základě jejich hodnot byl stanoven tvar kulis proměnných dorazů příčného vypružení všech podvozků.

Výpočetní simulace

Pro navržené vozidlo byly odhadnuty hmotnost a momenty setrvačnosti jednotlivých komponent a na základě jich sestaven dynamický model v prostředí software SIMPACK®. Sestavený model prošel řadou simulací pro ověření jeho funkčnosti. Byly to simulace vážení, simulace zkoušky náklonu a simulace zkoušení změny kolových sil na zborcené koleji. Některé simulace probíhaly na virtuálním zkrucovacím stavu. Jejich výsledkem bylo ověření funkčnosti a validace modelu. Výsledky simulace zkoušení změny kolových sil rovněž posloužily pro vyhodnocení bezpečnosti proti vykolejení (Y/Q)lim, jehož součástí byla simulace průjezdu měrným obloukem R150. Takto ověřený model byl použit pro simulaci jízdně technických zkoušek ve smyslu normy EN 14 363 se zastoupením všech zkušebních oblastí. Dále byly provedeny simulace pro ověření bezpečnosti proti vykolejení při průjezdu jednoduchou kolejovou spojkou s úhlem odbočení 1:7,5 a simulace zkoušky shozem z klínů, pro zjištění hlavních vlastních frekvencí vozidla. Výsledky simulací byly pozitivní (viz též tabulka č. 1).

SIMPACK model, foto: Jan PlomerSIMPACK model soupravy, foto: Jan PlomerSIMPACK - zkrucovací stav, foto: Jan Plomer

Modely v simulačním software SIMPACK. Zdroj: autor

Stav zatížení Prázdný vůz Obsazený vůz Poloměr
oblouku [m]
Stav vypružení Vzduch Nouze Vzduch Nouze
1. zkušební oblast
cd ≤ 40 mm
cd = 0 mm cd = 0 mm cd = 0 mm cd = 0 mm
2. zkušební oblast
600 m < R
cd > 40 mm
cd = 130 mm 1300
cd = 165 mm cd = 165 mm cd = 165 mm cd = 165 mm 1170
800
750
650
3. zkušební oblast
400m ≤ R ≤ 600m
600
550
500
cd = 165 mm cd = 165 mm cd = 165 mm cd = 165 mm 450
400
4. zkušební oblast
250m ≤ R < 400m
350
300
cd = 165 mm cd = 165 mm cd = 130 mm
cd = 165 mm
cd = 165 mm 250

Tabulka 1: Oblasti zkoušení dle EN 14 363. Zdroj: autor

Porovnání

Vozidlo je navrženo tak, aby maximálně využilo prostor pro co největší úsporu neužitečné hmotnosti vztahující se k jednomu sedadlu. V porovnání s ostatními v Evropě provozovanými patrovými vozy je vidět, že zlepšení bylo dosaženo, a to ne nepatrného.

Hmotnost na sedadlo, foto: Jan PlomerPočet sedadel na metr, foto: Jan Plomer

Porovnání: počet sedadel na metr, hmotnost na sedadlo. Zdroj: autor

Závěr

Navržené vozidlo má potenciál vyhovět zkouškám stran jízdních vlastností a jízdní bezpečnosti. Uspořádání interiéru bylo navrženo nějakým způsobem, který je ale ve velké míře přizpůsobitelný zákazníkovi. Netradiční koncepce dává vozidlu velmi výhodné technicko-ekonomické parametry, na stranu druhou může být netradiční koncepce překážkou při odhodlávání potenciálního výrobce jít touto originální cestou a „prošlapat“ cestičku jistě nelehkým procesem schvalování vozidla. Dosažené parametry vozidla jsou uvedeny níže v tabulce č. 2.

Maximální rychlost 160 km/h
Hmotnost prázdného vozidla 79 600 kg
Počet sedadel pevných + sklopných 274 + 12
Maximální nápravové zatížení 174 kN
Vzdálenost otočných čepů 19 000 mm
Vzdálenost středů podvozků 22 000 mm
Délka přes nárazníky 51 700 mm
Šířka vozové skříně 2 812 mm
Výška hrany nástupního prostoru 550 mm
Počet WC odpovídající TSI PRM 2

Tabulka 2: Výsledné parametry vozidla. Zdroj: autor

Autorský text.


Jan Plomer Poslat mail autorovi | 17.11.2014 (8:00)
Ostatní: TwitterLinkuj.cz!Jaggni to!Google Bookmarksvybrali.sme.skDalší služby
Související zprávyopen/close

Další z rubriky Stavby a projekty Vozidla

Další z regionu Česká republika (celá)


  1 2 3 4 5      Zpráv na stránku:   
registrovaný uživatel SYN 
27.12.2014 (4:16)  
Lukáš Hradecký: na to už tu několikrát odpovídali, račte si to přečíst. A samozřejmě nic nebrání řazení dvou těchto dvojiček do jedné (pravda, nikoliv ucelené, ale to ničemu nevadí, někdy dokonce naopak) jednotky/soupravy, též řidičák možno bez problémů připojit...
Dělat do takto optimalizované jednotky řídící stanoviště je paskvil, od toho extra řidičáky jsou aby se dle potřeby připojily (nebo ne když potřeba není)
23.12.2014 (23:32)  
Já bych se tímto také rád svezl. Ale napadá mě laická otázka. Předpokládám, že simulace byla provedena na samostatné jednotce. Pokud by byla provedena na dvou či více spřažených jednotkách, vyšla by také tak pozitivně? Napadá mě, že předsunuté čepy by mohly dělat problémy, třeba při rozjezdu na složitějším zhlaví s lokomotivou na postrku. Přiznám se, že jen vzdáleně tuším, že toto řeší tlumící prvky v podvozku, ale dokáží se tyto prvky vyrovnat i s přídavnými sílami způsobené "přírazy" sousedního "dvojvozu", pokud bude prostřední podvozek natočený do oblouku? Jinak smekám před takovouto prací a věřím, že se z Vašeho pera na koleje dříve nebo později něco dostane.
01.12.2014 (18:11)  
Dobrý den

je škoda, že jste to nenavrhl jako třídílné nebo čtyřdílné. Z)jedné strany by to mohlo mít řídící stanoviště a z druhé by se připojila lokomotiva, třeba řady 363 - 361/371 (160km/h... loko upavená k tomuto účelu podobně jako 242)

a hned podpis Českých Drah a poslat vám honorář...
registrovaný uživatel Raquac 
25.11.2014 (11:18)  
Sim: Tim ze se otocny cep skrine v oblouku vysouva vne, muze byt skrin mezi podvozky sirsi. Zaroven muze byt vzdalenost mezi koncem nizkopodlazni casti a otocnym cepem vyrazne kratsi. Nakreslete si to a premyslejte nad tim chvilku - to za vas nikdo neudela.

A naopak, i kdyby to bylo velmi mekce odpruzeno, stejne nakonec musite tu silu v podvozku nejak zachytit, coz nejde jinak nez vazbou kolo - kolejnice..... Mate sice pravdu, ale tady je rozhodujici dynamika, ne kvazistatika - proto tu je dulezite to pricne vypruzeni. A posouzeni chodu je koneckoncu hlavnim tematem cele te, velmi dobre udelane, prace. Ze se vetsina prispivajicich zabyva velikosti dveri a poctem zachodu je proste typen ctenaru fanouskovskeho webu.
registrovaný uživatel Sim 
24.11.2014 (22:57)  
Raquac > furt nevim, kam mirite. Budte prosim konkretnejsi.
Moje myslenka ma stejny cil jako ta, ktera vedla autora clanku; u obrazku http://www.zelpage.cz/story/jp-koncepce-dd/porovnani-v-oblouku.png si na spodni variente prodluzte podvozek tak, aby byl az pod cepy otaceni.

Ohledne tech vodicich sil a sprajcovani podvozku ... ja nevidim problem v prenosu sily mezi skrini a podvozkem. Tam by to mohlo fungovat, i kdyby to bylo natvrdo. A naopak, i kdyby to bylo velmi mekce odpruzeno, stejne nakonec musite tu silu v podvozku nejak zachytit, coz nejde jinak nez vazbou kolo - kolejnice.
Zjednodusene receno, pokud se ja postavim k podvozku a zatlacim na nej ze strany, ani s nim nehnu. Postavim se za podvozek, vezmu lesenarskou trubku kterou provliknu podvozkem a zatlacim do strany - uz s nim hnu, i kdyz jen nepatrne. Ale ten rozdil je zasadni - v prvnim pripade se mnou pusobici sila rozdeli na dve osy a na kazde je potreba zachytit polovinu, v druhem pripade pusobi zachyt sily krizem proti sobe.
registrovaný uživatel Raquac 
24.11.2014 (21:21)  
Sime, kdyz nemate cas nad tim premyslet, tak si alespon prectete poradne ten clanek. Zvlast bedlive pak "Popis koncepce".

Pokud jde o Vase obavy z jizdy v prime - nezapomente, ze skrin (resp. "delta-ram") je vypruzena i pricne.
registrovaný uživatel Sim 
24.11.2014 (16:50)  
Raquac > neni mi jasny, kam mirite ... autoruv zamer je jasny - zaridit, aby pri minimalni velikosti podvozku (= maximalne velke plose nizkopodlazni, resp. dvoupodlazni casti) mel vuz jeste rozumne velky predstavek, o ktery tak nejak v principu vozidlo s klasickymi jakobsy prirozene prijde.
No a pri pouziti trioseho podvozku s vynesenymi cepy az za napravy mi to prijde systemove podobne s Astrou/Vektrou/Porse tramvaji (aspon co se podvozkoveho usporadani tyka, kabina nad podvozkem co je u tramvaji u vagonu chybi a je nahrazena prodlouzenymi predstavky), u kterych se puvodni tuhe podvozky nejakym zpusobem uvolnovaly (jak konkretne, to nevim) aby se dosahlo prijatelnych vlastnosti pri prujezdu obloukem. U autorem clanku navrhovaneho trioseho podvozku v oblouku samotnem problem nevidim, ale obavam se stability na primem useku se spatnym stavem koleji - takovyto podvozek se v pripade bocni sily na cep musi mit tendenci stavet "nastorc" se vsemi negativy s tim spojenymi. A ty negativa by mohly byt ponizeny v pripade, ze by cep otaceni podvozku nebyl vyosen pres krajni napravu, ale byl by nad ni... nic vic, nic min.

Pokud v tom porad nenachazime shodu, napiste naprimo, v cem konkretne. Ja bohuzel na "zamyslete", "pospekulujte", "zapremyslejte" tolik casu nemam :-/
registrovaný uživatel Raquac 
24.11.2014 (13:57)  
Sime, zamyslete se nad tim, proc autor posunul otocny cep skrine mimo stred podvozku. Pospekulujte se nad prujezdem obloukem a vlivem na sirku skrine. Pokud chcete priklad z praxe, zapremyslejte take nad usporadanim 15T.
registrovaný uživatel Sim 
24.11.2014 (9:56)  
Jiří Bajer > To by už pak vyšlo jednodušší udělat dva vozy se dvěma podvozky...
Ne tak docela; pokud mam klasicky vuz na beznych dvounapravovych podvozcich, cep (a tedy osa otaceni podvozku) je uprostred podvozku. A nevim, jak to jinak udelat spolehlive z hlediska vodicich sil, aby byl cep blize stredu vozu, nez s pomoci vazby na prilehly podvozek sousedniho vozu. Proste propojenim prilehlych dvounapravovych podvozku sousednich vozu do jednoho celku dosahneme moznost "vystrcit" vlastni podvozek vice na kraj vozu. Tim dosahneme vetsi casti s nizkou podlahou, ale pritom pomery delky vozu a predstavku mohou zustat srovnatelne s beznym vozem (= stejne duvody, jako vedou autora clanku k tomu, proc tam dava trinapravovy podvozek s vynesenymi cepy).

Jinak se jeste zeptam na jednu vec, ktera mi delsi dobu vrta hlavou; z laickeho hlediska ma Hydra (852/853/854) genialne reseny ridici stanoviste na zadni strane - pretocenim dveri z jedne pozice do druhe se stanoviste uzavre celo je plne pruchozi pro cestujici. Neco podobneho meli nemci u Silberlinku (Hasenkasten) a i u dalsich provozovatelu se objevuji ruzne dalsi zpusoby, jak mit plne pruchozi celo vozu a zaroven plnohodnotne ridici stanoviste. Proc se tyto koncepce dnes uz prakticky nevyskytuji? Je duvodem vyssi cena, technicka slozitost, nevyhovujici velikost prostoru, nedostatecny vyhled, legislativa, pevnost konstrukce nebo jen laxnost provozovatelu bez ochoty prosadit si u dodavatelu optimalni reseni?
U trakcnich jednotek to dokazu pochopit (i kdyz tri zraloci uz jsou pro obsluhu vlaku i pro cestujici docela neprakticke), ale treba vozidla ve stylu sysla, 943 nebo 954 by pruchozi stanoviste docela bodlo.
23.11.2014 (11:56)  
Jako naprostý laik a fanoušek železnice musím říct, že se mi také tato "čabajka" moc líbí. Řešemí mi přijde naprosto logické. Souprava určitě není primárně určena k tomu, aby jezdila 160 km/h někde na koridoru, ale spíš jako náhrada za dosluhující "vraky" jezdící dodnes na pacifiku a jinde. To, že třeby konkrétně na zmíněmém pacifiku vykolejovaly východoněmecké patráky, bych jako relevantní argument proč ne prostřednímu tříosému podvozku, neviděl. Kloubák Škoda RTO se také přece nejdřive neosvědčil, ale později Karosa vyráběla kloubové autobusy úplně bez problému.
U tohoto dvouvagónu bych si ale dokázal představit i variantu že jeden díl bude řídící vůz, aby to nemusela lokomotiva objíždět. Potom by to byl třeba už i na zmíněném pacifiku počin vhodný k zamyšlení.
  1 2 3 4 5      Zpráv na stránku:   

Komentáře vyjadřují názory čtenářů.
Redakce nenese žádnou zodpovědnost za jejich obsah.

- dopisovatel nebo člen ŽP, - editor nebo admin ŽP

Přidat komentář
Komentáře mohou vkládat pouze registrovaní uživatelé.
Před vložením komentáře je nutné se buď přihlásit, nebo zaregistrovat.
Přihlášení
 
 
  
 
   Zaregistrovat

© 2001 - 2017 ŽelPage - správci


Info
informacni okenko