Bimodal transport system with horizontal, transverse ... · train set with the second end bogie....

POJAZDY SZYNOWE NR 3/2018

Bimodal transport system with horizontal, transverse transhipment of semi-trailers

dr hab.inż. Marian Medwid,prof. IPS prof.dr hab.inż. Agnieszka Merkisz-Guranowska Politechnika Poznańska mgr inż. Jan Strzemkowski mgr inż. Jarosław Królikowski Instytut Pojazdów Szynowych “TABOR”

The article presents the conception of an innovative bimodal rolling stock system adapted for the transverse horizontal loading of semi-trailers on the railway bogies equipped with appropriate adapters. The logistic diagram of the organization of the transhipment terminal is presented. The conception of the solution of adapters construction (central and final) and adaptation of the existing bimodal semi- trailer for transverse loading is illustrated. The possibilities of automation of service activities during transhipment of semi-trailers are also indicated

W artykule zaprezentowano koncepcję innowacyjnego systemu taboru bimodalnego przystoso-wanego do poprzecznego, poziomego załadunku naczep na wózki kolejowe wyposażone w od-powiednie adaptery. Przedstawiono schemat logistyczny organizacji terminala przeładunkowe-go. Zilustrowano koncepcję rozwiązania konstrukcji adapterów (środkowego i końcowego) oraz adaptacji istniejącej naczepy bimodalnej do poprzecznego załadunku. Wskazano również możliwości automatyzacji czynności obsługowych przy przeładunku naczep.

System transportu bimodalnego z poziomym, poprzecznym przeładunkiem naczep

1. Wstęp W latach 90-tych ubiegłego stulecia w wielu krajach europejskich podjęto prace badawcze nad opracowa-niem szeregu rozwiązań taboru bimodalnego. Powsta-ły prototypy znane pod nazwą Road-Railer Europa (rozwiązanie amerykańskie adoptowanie do warunków europejskich), Kombi rail, Trans railer, Coda E. W Polsce również opracowano w tym okresie dokumen-tację techniczną systemu TABOR 1, przystosowanego do dużych prędkości w ruchu towarowym Vmax=160 km/h. Zbudowano prototyp pociągu oraz przeprowa-dzono gruntowne badania wykonane w CNTK, obec-nie IKOL Warszawa oraz w niemieckim ośrodku ba-dawczym FTZ Minden. W 2011 roku przystąpiono do opracowania dokumen-tacji technicznej taboru bimodalnego TABOR 2 na standardowych wózkach Y25 z hamulcem klocko-wym, przygotowanym do eksploatacji z prędkością 100 km/h, przy nacisku osi na tor 225 KN oraz 120 km/h przy nacisku osi zestawu kołowego 200 KN. Do budowy prototypu wykonano nowe adaptery i wyko-rzystano wózki Y25 wyposażone w kompletny układ hamulcowy oraz naczepy zbudowane dla prototypu do prędkości 160 km/h. Prototyp złożony z dwóch naczep skrzyniowych i cysterny przedstawiono na rysunku 1.

1. Introduction In the nineties of the last century the research works on developing a number of bimodal rolling stock solutions were undertaken in many European countries. The prototypes known as Road-Railer Europe (American solution adopted to the European conditions), Kombi rail, Trans railer, Coda E. In Poland the technical documentation of the TABOR 1 system, adapted to the high speed in freight traffic Vmax = 160 km/h, was also developed in this period. A train prototype was built and the thorough tests were carried out at the CNTK, at present IKOL Warsaw and at the German research center FTZ Minden. In 2011, the technical documentation of the TABOR 2 bimodal rolling stock was started on standard Y25 bogies with a block brake, prepared for operation at 100 km/h, at axle load on the track of 225 KN and 120 km/h at the wheelset axle load of the 200 KN. New adapters were made for the construction of the prototype and Y25 bogies equipped with a complete brake system and semi-trailers built for the prototype up to a speed of 160 km/h were used. A prototype composed of two box semi-trailers and a cistern is shown in Figure 1.

1


Rys. 1. Prototyp taboru bimodalnego Fig. 1. Prototype of bimodal rolling stock

The bimodal system is not adapted to the transport of standard semi-trailers. The bimodal semi-trailer differs significantly from the standard semi-trailer and it must be designed from scratch, according to the applicable road and railway requirements. In the traditional bimodal system, the serial horizontal loading is used by connecting the semi-trailer with the end bogie and then there is the loading of the semi-trailers on the middle bogies successively, closing the train set with the second end bogie. This joining process is time-consuming. It is possible to limit the connection time using a series-parallel load, e.g. on two adjacent tracks, and then connect two sets into one. Bimodal systems TABOR 1 and TABOR 2 as well as train connection technology are presented, among others, in monographs [1,2]. The subject of the article is the presentation of an innovative conception of a bimodal system, where the characteristic feature of the system is the transverse loading of bimodal semi-trailers on the adapters of railway bogies. 2. Presentation of rolling stock conception Figure 2 illustrates the bimodal rolling stock adapted to the horizontal transverse transshipment. The rolling stock includes the following sets:

− bimodal bogies (reference number in Fig .1), − end adapters (2), − central adapters (3), − bimodal semi- trailers (4).

Rys. 2. Tabor bimodalny Fig. 2. Bimodal rolling stock

System bimodalny nie jest przystosowany do transpor-tu standardowych naczep. Bimodalna naczepa różni się znacznie od naczepy standardowej i należy ją za-projektować od podstaw, według obowiązujących wymagań drogowych i kolejowych. W tradycyjnym systemie bimodalnym stosuje się szeregowy załadunek poziomy łącząc naczepę z wózkiem końcowym a na-stępnie kolejno następuje załadunek naczep na wózki środkowe, zamykając skład pociągu drugim wózkiem końcowym. Taki proces łączenia jest czasochłonny. Można ograniczyć czas łączenia stosując załadunek szeregowo-równoległy np. na dwóch sąsiednich to-rach, a następnie dwa składy połączyć w jeden. Sys-temy bimodalne TABOR 1 i TABOR 2 oraz technolo-gię łączenia pociągu zaprezentowano między innymi w monografiach [1,2]. Przedmiotem artykułu jest prezentacja innowacyjnej koncepcji systemu bimodalnego, gdzie cechą charakte-rystyczną systemu jest poprzeczny załadunek naczep bimodalnych na adaptery wózków kolejowych. 2. Prezentacja koncepcji taboru Na rysunku 2 zilustrowano tabor bimodalny przysto-sowany do poprzecznego przeładunku poziomego. W skład taboru wchodzą następujące zespoły:

− wózki bimodalne (oznaczenie na rys. − 1), − adaptery końcowe (2), − adaptery środkowe (3), − naczepy bimodalne (4).

2.1 Wózki z adapterami W systemie tym mogą mieć zastosowanie różnego typu wózki kolejowe pod warunkiem, że ich konstruk-cja pozwala na zabudowę kompletnych urządzeń ha-mulcowych oraz odpowiednio usytuowanych czterech ślizgów bocznych dla wózka środkowego oraz dwóch dla wózka końcowego. W przedstawionej koncepcji zaimplementowano standardowe wózki kolejowe Y25. Na rysunkach 3 i 3a przedstawiono wózek z zabudo-wanym adapterem środkowym, a rysunki 4 i 4a poka-zują wózek z adapterem końcowym. Adapter środkowy składa się z dwóch symetrycznych części o konstrukcji skrzynkowej połączonych ze sobą przegubem kulistym (5). Adapter dolny (6) jest oparty na wózku za pośrednictwem czopa skrętu (7) oraz

2


2.1 Bogies with adapters In this system, various types of railway bogies may be used, provided that their construction allows for the installation of complete braking devices and four side bearers of the central bogie two for the end bogie respectively. In the presented conception, standard railway Y25 bogies are implemented. Figures 3 and 3a show a bogie with the built-in central adapter, and figures 4 and 4a show a bogie with the end adapter.

dwóch ślizgów bocznych (8). Adapter górny (9) za-mocowano w adapterze dolnym za pomocą przegubu kulistego (5) oraz oparto na ślizgach bocznych (10). Konstrukcją nośną adapterów (dolnego i górnego) stanowią belki poprzeczne (11) oraz belki podłużne (12). Na końcach belek poprzecznych przewidziano płyty siodłowe (13) do oparcia naczepy oraz dwa czo-py sprzęgowe (14), a na końcu belek podłużnych jeden czop sprzęgowy (15) zlokalizowany w osi wzdłużnej adaptera.

Rys. 4. Wózek z adapterem końcowym Fig. 4. Bogie with the end adapter

Rys. 3a. Wózek z adapterem środkowym (widok z góry) Fig. 3a. Bogie with the central adapter (top view)

The central adapter consists of two symmetrical parts with a box construction connected together by a ball joint (5). The lower adapter (6) is supported by the bogie via a pivot (7) and two side bearers (8). The upper adapter (9) is attached into the lower adapter by means of a ball joint (5) and supported on the side bearers (10). The load-bearing structure of adapters (lower and upper) are the transverse beams (11) and longitudinal beams (12). At the ends of transverse beams there are saddle plates (13) for supporting of the semi-trailer and two coupling pins (14), and at the end of longitudinal beams one coupling pin (15) located in the longitudinal axis of the adapter.

Rys. 4a. Wózek z adapterem końcowym (widok z góry) Fig. 4a. Bogie with the end adapter (top view)

Adapter końcowy w części przeznaczonej do zamo-cowania naczepy zbudowano identycznie jak w adap-terze środkowym i dodatkowo wyposażono w kon-strukcję ramową (16), w której zabudowano urządze-nia pociągowo-zderzne (17) do połączenia adaptera z lokomotywą lub składem pociągu. Do utrzymania adaptera w pozycji poziomej w stanie swobodnym zastosowano odpowiednie podpory (18) unoszone po załadunku naczepy na adapter. 2.2 Naczepa bimodalna Naczepa bimodalna do poziomego, poprzecznego przeładunku (rys.5) jest pod względem konstrukcji i wyposażenia podobna do naczepy systemu TABOR 1 i TABOR 2 za wyjątkiem urządzeń sprzęgowych łą-czących adaptery z naczepą. Czopy sprzęgowe prze-niesiono z naczepy na adaptery a urządzenia ryglujące z adapterów na naczepę.

The end adapter in the part intended for attachment of the semi-trailer is built identically to the central adapter and additionally is equipped with a frame

3

Rys. 3. Wózek z adapterem środkowym (widok wózka i przekrój adaptera)

Fig. 3. Bogie with the central adapter (view of the bogie and adapter section)


structure (16), in which the buffing and draw gears (17) are built-in to connect the adapter with the locomotive or train set. To keep the adapter in a horizontal position in a free state, the appropriate supports (18) lifted after loading of the semi-trailer on the adapter are used.

2.2 Bimodal semi-trailer A bimodal semi-trailer for horizontal transverse transhipment (Fig. 5) is similar to the semi-trailer of TABOR 1 and TABOR 2 systems in terms of construction and equipment, with the exception of coupling devices connecting the adapters with the semi-trailer. The coupling pins are moved from the semi-trailer to the adapters and the locking devices from the adapters to the semi-trailer.

Rys. 5. Naczepa bimodalna do poziomego, poprzecznego przeładunku Fig. 5. Bimodal semi-trailer for horizontal, transverse transhipment

The main components of the semi-trailer are marked on the drawing:

− road axles with wheels (1), − load-bearing bellows (2), − semi-trailer frame (3), − supporting leg (4), − built-in body (5),

− tilting buffer (6). Figure 5 shows the semi-trailer in side view, while figure 6 shows the semi-trailer section. The location of the sleeves placed in the headstocks of the semi-trailer frame and the locking devices are marked on the cross-section. The individual frame units are marked as follows:

− headstock (1), − central beam (2), − cross-beam (3), − outside beam of the frame(4), − ouside sleeve (5), − inside sleeve (6), − guide (7), − saddle of semi-trailer (8), − fastening bolt (9), − connecting belt (10), − handle (11), − return spring (12).

Na rysunku zaznaczono główne zespoły składowe naczepy:

− osie drogowe z kołami (1), − miechy nośne (2), − rama naczepy (3), − noga podporowa (4), − zabudowa nadwozia (5), − zderzak odchylny (6).

Na rysunku 5 przedstawiono naczepę w widoku z bo-ku, podczas gdy rysunek 6 pokazuje przekrój naczepy. Na przekroju zaznaczono lokalizację tulei umieszczo-nych w czołownicach ramy naczepy oraz urządzenia ryglujące. Poszczególne zespoły ramy oznaczono na-stępująco:

− czołownica (1), − belka centralna (2), − belka poprzeczna (3), − belka zewnętrzna ramy (4), − tuleja zewnętrzna (5), − tuleja wewnętrzna (6), − prowadnica (7), − siodło naczepy (8), − rygiel mocujący (9), − taśma łącznikowa (10), − uchwyt (11), − sprężyna powrotna (12).

Rys. 6. Przekrój ramy naczepy Fig. 6. Cross-section of the semi-trailer frame

4


Rys. 6a. Szczegóły ramy naczepy Fig. 6a. Details of the semi-trailer frame

Przy montażu naczepy na adapterach należy ustawić naczepę, tak aby tuleje zewnętrzne (5) i wewnętrzne (6) ramy znajdowały się nad czopami sprzęgowymi adapterów (rys. 2) z dokładnością do plus minus 40mm. Przy opuszczaniu naczepy na adaptery należy prze-strzegać zasady, aby przed oparciem siodeł naczepy na siodłach adapterów zaryglować w pierwszej kolejności rygle czopów wewnętrznych (15) (rys. 3), a następnie po oparciu naczepy na siodłach adaptera, rygle czo-pów zewnętrznych. Ryglowanie naczepy w adapterach następuje po zwolnieniu sprężyny powrotnej (12) (rys. 6) i wprowadzeniu rygli mocujących (9) w wy-cięcia wykonane w czopach sprzęgowych (14) i (15) (rys. 3a i 4). Na rysunkach 7 i 7a pokazano naczepę przed osadze-niem na adapterach (rys. 7) oraz po opuszczeniu ramy naczepy do oparcia na adapterach i uniesieniu kół drogowych naczepy do utraty kontaktu z podłożem (rys. 7a).

Rys. 7. Naczepa przed opuszczeniem do oparcia na adapterach Fig. 7. Semi-trailer before lowering to the support on adapters

Rys. 7a. Naczepa opuszczona na adaptery - koła uniesione Fig. 7a. Semi-trailer lowered on the adapters - raised wheels

During assembly of the semi-trailer on the adapters, the semi-trailer should be positioned so that the outside (5) and inside (6) sleeves of the frame are above the coupling pins of the adapters (Fig. 2) with an accuracy of plus or minus 40mm. During lowering of the semi-trailer onto the adapters,

3. Terminal przeładunkowy Na rysunkach 8, 9 oraz 10 zaprezentowano trzy wa-rianty organizacji terminala przeładunkowego wypo-sażonego w tor kolejowy (1) zagłębiony do poziomu główek szyn zrównanym z poziomem placu manew-rowego. W odpowiedniej odległości od toru kolejowe-

5


Figures 7 and 7a show the semi-trailer before moun-ting on the adapters (Fig. 7) and after lowering of the frame of the semi-trailer to the support on the adapters and lifting of the semi-trailer's road wheels to the loss of contact with the ground (Fig. 7a).

it is necessary to obey the rule that before supporting of the saddles of the semi-trailer on the adapter's saddles, first the bolts of the inside pins (15) should be bolted (Figure 3), and then after supporting of the semi-trailer on the adapter's saddles, the bolts of the outside pins. Locking of the semi-trailer in the adapters follows the release of the return spring (12) (Fig. 6) and the introduction of the fastening bolts (9) into the notches made in the coupling pins (14) and (15) (Figures 3a and 4).

go (1) zlokalizowano stanowiska przeładunkowe (2) złożone z podjazdów (3) oraz segmentu środkowego (4), który oparto na szynach prowadzących (5) ułożonych prostopadle do toru kolejowego. Segment środkowy wyposażono w rolki prowadzące (6), które pozwalają na przemieszczanie segmentu w kierunku prostopadłym do toru kolejowego (rys. 7 i 7a). Przed pierwszym załadunkiem naczep należy na torze kolejowym ustawić wózki środkowe (7) oraz wózki końcowe, rozstawione na torze w ściśle określonej odległości.

Rys. 8. Terminal przeładunkowy (wariant 1) Fig. 8. Transhipment terminal (variant 1)



Wariant 1 (rys. 8) organizacji terminala charakteryzuje się szeregowym rozstawieniem stanowisk przeładun-kowych usytuowanych po jednej stronie toru kolejo-wego w odległościach limitowanych rozstawem wóz-ków na torze kolejowym. Takie rozplanowanie poło-

6


3. Transhipment terminal Figures 8, 9 and 10 present three variants of the

organization of a transhipment terminal equipped with a railway track (1) hollowed to the level of rail heads equalized with the maneuver yard level. At an appropriate distance from the railway track (1), the transhipment stands (2) are located, consisting of ramps (3) and a central segment (4), which is based on the guide rails (5) arranged perpendicularly to the railway track. The middle segment is equipped with the guide rollers (6) that allow the segment to be moved in a perpendicular direction to the railway track (Figures 7 and 7a). Before the first loading of semi-trailers, the central bogies (7) and the end bogies, which are set on the railway track at a specific distance, should be placed on the railway track.

żenia stanowisk przeładunkowych ogranicza manew-rowość ciągnika z naczepą w procesie wtaczania na-czepy na stanowisko przeładowcze. Manewrowość ciągnika z naczepą jest łatwiejsza w przypadku ułoże-nia stanowisk przeładowczych naprzemiennie po obu stronach toru według schematu przedstawionego na rys. 9 (wariant 2 organizacji terminala). Na rysunku 10 pokazano wariant 3 organizacji terminala, gdzie sta-nowiska przeładunkowe są ulokowane naprzemiennie po obu stronach toru w dwóch równoległych odpo-wiednio przemieszczonych trasach wprowadzania naczepy na stanowiska przeładunkowe. W tym przy-padku wprowadzanie naczepy na stanowiska prze-stawcze powinno być najłatwiejsze. Na rysunku 11 zilustrowano terminal z naczepą umieszczoną na sta-nowisku przestawczym gotową do przemieszczenia w oś toru kolejowego.

Rys. 11. Naczepy na stanowisku przestawczym Fig. 11. Semi-trailers on the change-over stand

Variant 1 (Fig. 8) of the organization of the terminal is characterized by the serial arrangement of transhipment stands located on one side of the railway track at distances limited by the wheel-base of bogies on the railway track. Such layout of the transhipment stands location limits the maneuverability of the tractor with the semi-trailer in the process of rolling the semi-trailer to the transhipment stand. Maneuverability of the tractor with the semi-trailer is easier in the case of location of the stands alternately on both sides of the track according to the scheme shown in Fig. 9 (variant 2 of the terminal organization). Figure 10 shows the variant 3 of the terminal organization, where the transhipment stands are located alternately on both sides of the track in two parallel appropriately displaced routes of placing the semi-trailer onto the transhipment stands. In this case, the introduction of the semi-trailer on the change-over stands should be the easiest. Figure 11 illustrates the terminal with the semi-trailer placed on the change-over stand ready for movement in the axis of the railway track.

4. Załadunek naczep Załadunek naczep na adapterach przeprowadza się w następujących etapach:

1. Wprowadzenie naczepy na stanowisko przeładunkowe.

2. Uniesienie naczepy na maksymalną wysokość za pomocą: − miechów nośnych ciągnika − przód naczepy, − miechów nośnych naczepy − tył naczepy.

3. Opuszczenie nogi podporowej naczepy. 4. Wyprowadzenie ciągnika spod naczepy. 5. Przemieszczenie poprzeczne części środkowej

stanowiska wraz z naczepą do pokrycia się osi wzdłużnej naczepy z osiami wózków z adapte-rami.

6. Opuszczenie nadwozia naczepy do oparcia się na ramy naczepy na adapterach: − przód naczepy za pomocą nogi podporowej

naczepy, − tył naczepy za pomocą miechów podnoszenia

osi drogowych. 7. Zaryglowanie naczepy na adapterach.

7


8. Uniesienie osi drogowych naczepy. 9. Zaryglowanie osi drogowych. 10. Wycofanie środkowego segmentu stanowiska

przeładunkowego do pozycji wyjściowej. Zawieszenie pneumatyczne naczepy należy wyposa-żyć w miechy nośne o odpowiednim skoku oraz mie-chy podnoszenia osi, aby tak koła drogowe podniosły się na wymaganą wysokość po osadzeniu naczepy na adapterach. Dobierając wartości skoku miechów należy uwzględ-nić następujące parametry:

− odległość siodeł naczepy od siodeł adapterów przed osadzeniem naczepy na adapterach - 150 mm,

− ugięcie usprężynowania wózków po osadzeniu naczepy na adapterach - 40 mm,

− odprężenie opony po uniesieniu osi drogowych - 40 mm,

− ugięcie ramy naczepy od ciężaru ładunku - 35 mm,

− zużycie obręczy kół zestawów kołowych wóz-ków - 30 mm.

Suma wartości wyżej wymienionych parametrów wy-nosi 295 mm. Skok miechów nośnych powinien być zatem większy niż 295 mm. Uwzględniając - 45 mm rezerwy, należy założyć ze skok miechów o wartości 340 mm jest wystarczający do oderwania się opon od powierzchni oparcia na środkowym segmencie stano-wiska oraz zachowania skrajni taboru w dolnej części zarysu skrajni kolejowej. Przedstawiony w omawianej koncepcji sposób roz-wiązania łączenia naczepy z adapterami pozwala rów-nież wykorzystać typową metodę przeładunku piono-wego naczepy za pomocą powszechnie stosowanych urządzeń dźwigowych (1) wyposażonych w chwytaki kleszczowe (2) (rys. 12a). Metodę załadunku naczepy pokazano schematycznie na rysunkach 12 i 12a. W tym rozwiązaniu połączono adaptery sąsiednich wóz-ków belką dystansową (3), której zadaniem jest utrzymanie stałej odległości pomiędzy wózkami, za-gwarantowanej konstrukcyjnie, podczas załadunku naczep na adaptery.

Rys. 12. Załadunek pionowy naczepy (widok z góry) Fig. 12. Vertical loading of the semi-trailer (top view)

Loading of semi-trailers on the adapters is carried out in the following stages:

1. Introduction of the semi-trailer on the loading stand.

2. Lifting of the semi-trailer to the maximum height with: − load-bearing bellows of tractor ? front of the

semi-trailer, − load-bearing bellows of semi-trailer? rear of

the semi-trailer. 3. Lowering of the supporting leg of the semi-

trailer. 4. Take the tractor out under the semi-trailer. 5. Transverse movement of the central part of the

stand with the semi-trailer to coincide of the longitudinal axle of the semi-trailer with the axles of bogies with adapters.

6. Lowering of the semi-trailer’s body to support of the semi-trailer’s frame on the adapters: − front of the semi-trailer using the supporting

leg of the semi-trailer, − rear of the semi-trailer using the lifting

bellows of the road axles. 7. Locking of the semi-trailers on the adapters. 8. Lifting of the road axles of the semi-trailer. 9. Locking of the road axles. 10. Returning of the central section of the

transhipmrent stand to the starting position. The pneumatic suspension of the semi-trailer should be equipped with the load-bearing bellows with the appropriate stroke and the lifting bellows of the axle, so that the road wheels will rise to the required height after the semi-trailer is mounted on the adapters. The following parameters should be taken into ac-count when selecting the value of the bellows stroke:

− distance of the saddles of semi-trailer from the saddles of adapters before the semi-trailer is mounted on the adapters - 150 mm,

− deflection of the suspension of the bogies after the semi-trailer is mounted on the adapters - 40 mm,

8


− decompressing of the tire after lifting of the road axles - 40 mm,

− deflection of the semi-trailer’s frame from the weight of load - 35 mm,

− wear of the wheels’ rim of the bogies - 30 mm.

The sum of the values of the above mentioned pa-rameters is 295 mm. Therefore, the stroke of the bel-lows should be larger than 295 mm. Taking into ac-count - 45 mm reserve, it should be assumed that the stroke of bellows of 340 mm is enough for taking the tires off the surface of the support on the central seg-ment of the stand and keeing the gauge of the rolling stock at the bottom part of the outline of railway gauge. The solution of connecting of the semi-trailer with adapters, presented in the discussed conception, also allows to use the typical method of vertical tranship-ment of the semi-trailer by means of the commonly used lifting devices (1) equipped with grippers (2) (Fig. 12a). The loading method of the semi-trailer is shown schematically in Figures 12 and 12a. In this solution, the adapters of neighboring bogies are joined with a distance beam (3), whose task is to maintain a constant distance between the bogies, guaranteed con-structionally, during the loading of the semi-trailers on the adapters.

Rys. 12a. Załadunek pionowy naczepy (widok boczny) Fig. 12a. Vertical loading of the semi-trailer (side view)

5. Possibilities of operation activities automation In order to limit the manual operation activities during transhipment of semi-trailer, it should be considered the automation of the individual stages of loading of the semi-trailer on the bogies’ adapters:

− displacement of the semi-trailer to the longitudinal axis of the track,

− lowering of the semi-trailer’s body to the support on the adapters,

− locking of the semi-trailer on the adapters, − locking of the road axles after their lifting.

5. Możliwości automatyzacji czynności obsługo-wych W celu ograniczenia ręcznych czynności obsługowych przy przeładunku naczepy należy rozważyć automaty-zację poszczególnych etapów załadunku naczepy na adaptery wózków:

− przemieszczenie naczepy do osi wzdłużnej toru, − opuszczenie nadwozia naczepy do oparcia na

adapterach, − zaryglowanie naczepy na adapterach, − zaryglowanie osi drogowych po ich uniesieniu.

Automatyzację procesów przeładowania naczepy na-leży poprzedzić analizą ekonomiczną opłacalności przedsięwzięcia w której powinno się uwzględnić następujące elementy:

− koszt budowy stanowisk przestawczych z ręcz-nym sterowaniem przeładunku,

− koszt automatyzacji wszystkich lub wybranych etapów przeładunku,

− liczba osób obsługi procesu przeładunku, przed i po procesie automatyzacji,

− czas przeładunku naczepy bez i z procesem au-tomatyzacji.

Ekonomiczny efekt końcowy – porównanie kosztów przeładunku ze sterowaniem ręcznym i automatycz-nym − winien stanowić podstawę do podjęcia decyzji o częściowej lub kompleksowej automatyzacji procesu przeładunku naczep.

6. Podsumowanie Przedstawiona w niniejszej publikacji koncepcja po-ziomego, poprzecznego przeładunku naczep bimodal-nych pozwala na skrócenie czasu formowania i rozfor-mowywania pociągu bimodalnego w odniesieniu do systemu TABOR 1 i TABOR 2 opracowanych w prze-szłości w Instytucie Pojazdów Szynowych „TABOR”. W opracowanych w IPS „TABOR” systemach trans-portu bimodalnego wykorzystano koncepcje szerego-wego załadunku naczep bimodalnych na wózki kolejo-we. Formowanie składu pociągu w tym przypadku jest

9


Automation of semi- trailer transhipment processes should be carried out with an economic analysis of the undertaking profitability, in which the following elements should be considered:

− building cost of the change-over stands with manual transhipment control,

− automation cost of all or selected transhipment stages,

− number of persons of transhipment process operation, before and after the automation process,

− transhipment time of the semi-trailer, without and with the automation process.

Economic final result - comparison of transhipment costs with manual and automatic control - should be the basis for making a decision about partial or comprehensive automation of the semi-trailer transhipment process.

6. Summary The concept of horizontal, transverse transshipment of bimodal semi-trailers presented in this publication allows for shortening the time of coupling and uncou-pling of the bimodal train with reference to the TA-BOR 1 and TABOR 2 systems developed in the past at the Rail Vehicles Institute „TABOR”. The conceptions of serial loading of bimodal semi-trailers on the railway bogies are used in the bimodal transport systems developed in the IPS “TABOR”. Forming of the train set in this case is time-consuming, but does not require using of the auxiliary equipment to form the set of the bimodal train. The presented method of transhipment of the semi-trailers in a parallel loading system allows for a deci-sive reduction of train set formation time by equip-ping the terminal with the appropriate transhipment stands, which theoretically enable the simultaneous loading of semi-trailers onto the railway bogies. The proposed method of transshipment of semi-trailers allows to automate the transhipment process of semi-trailers completely or partially.

czasochłonne lecz nie wymaga stosowania urządzeń pomocniczych do sformowania składu pociągu bimo-dalnego. Prezentowana metoda przeładunku naczep w systemie załadunku równoległego pozwala na zdecydowane skrócenie czasu formowania składu pociągu przez wyposażenie terminala w odpowiednie stanowiska przeładunkowe, które teoretycznie umożliwiają rów-noczesny załadunek naczep na wózki kolejowe. Pro-ponowana metoda przeładunku naczep pozwala na zautomatyzowanie całkowite lub częściowe procesu przeładunku naczep. 7. Bibliography / Bibliografia

[1] Medwid M. , Cichy R.: Techniczne Środki Transportu Kombinowanego Kolejowo-Drogowego. Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR”., Poznań 2017.

[2] Medwid M.: Polski system transportu kolejowo-drogowego (bimodalnego) typu TABOR. Instytut Po-jazdów Szynowych „TABOR”., Poznań 2006.

[3] Madej J.: Techniczno-gospodarcze korzyści zastoso-wania techniki bimodalnej. Materiały sympozjum „Transport kombinowany”, Zakopane 1997.

[4] Madej J.: Zasady weryfikacji modeli pociągu bimodal-nego w zakresie quasistatyki i dynamiki. Zeszyty Insty-tutu Pojazdów Politechniki Warszawskiej nr 5, 1999.

[5] Medwid M., Cichy R., Przepióra K.: Geometryczna analiza mega naczepy bimodalnej na wózkach beza-dapterowych. Materiały XVII konferencji naukowej „Pojazdy szynowe”, Kazimierz Dolny 2006.

[6] Medwid M., Phol K.: Dwudzielny adapter dla trans-portu drogowo-szynowego. Materiały z sympozjum monotematycznego „Techniczne środki transportu drogowo-szynowego”, Poznań-Skoki 1993.

[7] Medwid M., Phol K.: Uwarunkowania rozwoju nowych systemów transportu kombinowanego, zwłaszcza bi-modalnego. Materiały I konferencji „Transport multi-modalny”, Jastrzębia Góra 1998.

[8] Medwid M., Przepióra K.: Wykorzystanie techniki bimodalnej do transportu kontenerów i pojemników wymiennych. Pojazdy Szynowe nr 2, 2005.

[9] Medwid M.: Atrybuty polskiej myśli technicznej w taborze bimodalnym. Materiały konferencji naukowej „Wybrane problemy transportu szynowego w 150-lecie Kolei Polskich”, Kraków –Zakopane 1997.

10


Badania zużycia paliwa i emisji zanieczyszczeń z lokomotyw z wykorzystaniem opornika wodnego

dr inż. Maciej Andrzejewski dr inż. Paweł Daszkiewicz Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR” prof. dr hab. inż. Jerzy Merkisz Politechnika Poznańska dr Włodzimierz Stawecki, prof.IPS mgr inż. Dawid Gallas Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR”

W artykule dokonano oceny wskaźników ekologicznych oraz ekonomicznych wybranych typów lokomotyw użytkowanych na liniach kolejowych w Polsce. Pojazdy szynowe cha-rakteryzują się niższą emisyjnością i energochłonnością w porównaniu do większości stosowanych obecnie środków transportu, co przekłada się na większą wydajność syste-mu transportu w skali całego kraju. Udział transportu szynowego w transporcie w Polsce i jego rozwój jest ograniczony kilkoma aspektami związanymi z kosztami zakupu i eksplo-atacji pojazdów, infrastruktury oraz dostępnością nowych technologii. W artykule przed-stawiono wyniki pomiarów przeprowadzonych na 15 lokomotywach ST44 o różnym stop-niu zużycia technicznego. Tym samym reprezentowały one duże zróżnicowanie stanów technicznych tego typu pojazdów eksploatowanych na polskich szlakach kolejowych. Badania wykazały wpływ stopnia zużycia technicznego lokomotywy spalinowej, zarówno na poziom emisji związków toksycznych, jak i wielkość zużycia paliwa.

Fuel consumption and pollutants emission study of locomotives performed using a water rheostat

The article evaluates the ecological and economic indicators of selected types of locomotives used on railway lines in Poland. Rail vehicles are characterized by lower emissivity and energy consumption in comparison to the majority of currently used means of transport, which translates into higher ecological efficiency of the transport system in the scale of the whole country. The share of rail transport in overall transport in Poland and its development are limited by several aspects related to the costs of purchase and exploitation of vehicles, infrastructure and the availability of new technologies. The article presents the results of measurements carried out on 15 units of the ST44 locomotive with varying degrees of technical wear, and thus representing a wide range of technical states of this type of vehicles operated on Polish railroads. The tests have shown the impact of the degree of technical wear of a diesel locomotive both on the level of exhaust emissions as well as the fuel consumption value.

1. Introduction Despite the low exhaust emissions of rail transport

compared to other modes of transport, the share of rail used in transport operations in Poland is considerably small. This translates into lower efficiency and in-creased emissions from the national transport system as a whole. As the costs of purchasing rail vehicles are significantly higher than for motor vehicles, the cur-rent average age of rolling stock in many cases ex-ceeds 30 years. Most carriers treat the purchase of new rolling stock as a last resort, using cheaper solutions,

1. Wstęp Pomimo niskiej emisji związków szkodliwych po-

chodzących z transportu kolejowego na tle innych środków transportu udział kolei w operacjach trans-portowych w Polsce jest niewielki. Przekłada się to na niską wydajność oraz podwyższoną emisyjność kra-jowego systemu transportu. Ponieważ koszty zakupu pojazdów szynowych są znacząco wyższe niż pojaz-dów samochodowych, obecny średni wiek taboru kolejowego wynosi ponad 30 lat. Większość przewoź-ników traktuje zakup nowego taboru szynowego jako

11


such as: general overhaul, retrofitting, or moderniza-tion, which translates into a level of exhaust emissions from the locomotive that can be acceptable in Poland, despite their age. However, the main aspect in favor of using rail vehicles is fuel consumption and the directly related CO2 emissions. Despite the larger displacement volumes of locomotive engines, their CO2 emissions in grams per passenger kilometer are preferential in purely economic terms. Figure 1 presents a compari-son of the value of this emission for rail, vehicle and air transport.

Fig. 1. Emission of CO2 per passenger per kilometer for rail trans-port, road transport and airplanes [1]

The regression of railway transport in Poland in the last decade regarding the number of passengers trans-ported and the distance covered was the result of po-litical operations, where the road transport was placed as a priority and a transport model for future develop-ment. Funds allocated for motorways have signifi-cantly exceeded the value of funds transferred for maintenance and development of the railway network and infrastructure, which can be seen comparing the length of new railway lines - 34 km, to new motor-ways - 2293 km, put into operation since 2004. Funds allocated for rail transport are not even sufficient to maintain the current railway infrastructure in a fully functional condition, but there is no possibility of its further development or major renovations without securing funds from private sources. Despite this pe-riod of stagnation and regression of the Polish rail-ways, the possibilities and advantages of rail transport are beginning to be noticed by the national authorities. As a result, the share of rail in EU funds allocated for transport investments increased from 21.8% in 2007–2013 (Figure 2a) to the level of approx. 33% expected for 2014–2020 (Figure 2b).

ostateczność, posiłkując się tańszymi rozwiązaniami, takimi jak: naprawa główna, retrofitting lub moderni-zacja, co przekłada się na akceptowalny poziom emisji związków toksycznych z lokomotywy w Polsce, po-mimo ich wieku. Głównym aspektem przemawiają-cym za zastosowaniem pojazdów szynowych jest jed-nak zużycie paliwa oraz bezpośrednio związana z nim emisja CO2. Pomimo większych objętości skokowych silników lokomotyw, ich emisja CO2 w gramach na pasażerokilometr jest preferencyjna pod względem czysto ekonomicznym. Na rysunku 1 przedstawiono zestawienie wartości tej emisji dla transportu szyno-wego, samochodowego oraz lotniczego.

Rys. 1. Emisja CO2 na pasażerokilometr dla transportu szynowego, samochodowego oraz lotniczego [1]

Regresja transportu kolejowego w Polsce w ostat-niej dekadzie dotycząca liczby przewożonych pasaże-rów i pokonanego dystansu była wynikiem zabiegów politycznych, gdzie jako priorytet oraz wzorzec trans-portu w przyszłości postawiono transport samochodo-wy. Fundusze przeznaczane na autostrady znacząco przekroczyły wartość funduszy przekazywanych na utrzymanie i rozwój infrastruktury sieci kolejowej, co widać porównując długości nowych linii kolejowych – 34 km, w porównaniu do autostrad – 2293 km, odda-nych do użytku od 2004 roku. Fundusze przeznaczane na transport szynowy nie wystarczały na utrzymanie obecnej infrastruktury kolejowej w stanie zdatnym do użytku, brakuje natomiast możliwości jego dalszego rozwoju lub większych renowacji bez zabezpieczenia funduszy ze źródeł prywatnych. Pomimo tego okresu stagnacji i regresji polskiego kolejnictwa, możliwości oraz atuty transportu szynowego zaczynają być za-uważane przez władze rządowe. W efekcie udział kolei w funduszach unijnych przeznaczonych na inwe-stycje transportowe zwiększa się z 21,8 % w latach 2007–2013 (rys. 2a) do poziomu ok 33 % na lata 2014–2020 (rys. 2b).

Rys. 2. Udział środ-ków transportu w

funduszach unijnych przeznaczonych na

inwestycje transpor-towe

a) w latach 2007–2013, b) na lata 2014–2020 [1]

Fig 2. Share of EU funding for various types of transport

investments in differ-ent sectors

a) in 2007–2013, b) for 2014–2020 [1]

Due to the above-mentioned factors, the current share of rail transport in the total weight of transported cargo in Poland remains at a relatively low level of about 13% (Figure 3). However, it should be noted that due to increasing funding and the development and innovation of railway infrastructure, this value is currently steadily growing.

12


Fig. 3. Percentage share of various modes of transport in the total mass of all cargo transported in Poland [1]

Z powodu wyżej wymienionych czynników obecny udział transportu szynowego w całkowitej masie przewożonych ładunków w Polsce pozostaje na rela-tywnie niskim poziomie ok. 13 % (rys. 3). Należy jednak zauważyć, że dzięki większym nakładom fi-nansowym oraz rozbudowie i renowacji infrastruktury kolejowej, wartość ta ma obecnie tendencję wzrosto-wą.

Rys. 3. Procentowy udział środków transportu w całkowitej masie przewożonych ładunków w Polsce [1]

2. Metodyka badawcza Badania emisji zanieczyszczeń przeprowadzono

według procedury NRSC (Non-Road Steady Cycle) w warunkach stacjonarnego testu wg PN-EN ISO 8178-F [2], który obejmuje 3 punkty obciążenia silnika. Pierwszy to bieg jałowy, dla którego udział fazy wy-nosi 60 %, drugi punkt to 50 % obciążenia przy udzia-le fazy 15 % oraz trzeci punkt pomiarowy obejmuje maksymalne obciążenie, a udział wynosi 25 % (rys. 4).

2. Research method The exhaust emission tests were performed according to the NRSC (Non-Road Steady Cycle) procedure in the stationary PN-EN ISO 8178-F test conditions [2], which includes 3 engine load points. The first repre-sents idling, for which the phase's test duration share is 60%, the second point is 50% of the maximum load with a 15% phase test duration share and the third measuring point includes the maximum load and the test duration share is 25% (Figure 4).

Fig. 4. The PN-EN ISO 8178 cycle F test engine load histogram

The tests were carried out on a stationary ve-hicle test track section where the locomotive was loaded using a water resistor to simulate operating conditions. The water resistor used in the tests was a type OW6300 filled with conductive liquid, an aque-ous salt solution, where two electrodes were sub-merged. It had a maximum continuous power dissipa-tion of 2000 kW, detailed operational parameters of the resistor are presented in Table 1. The operating principle of the resistor can be described using the Ohm's law.

Rys. 4. Przebieg testu badawczego wg PN-EN ISO 8178 cykl F [5]

Badania przeprowadzono na stanowisku pomiaro-wym, na którym lokomotywę podczas testów obciąża-no za pomocą opornika wodnego. Wykorzystany w badaniach opornik wodny to typ OW6300 wypełniony cieczą przewodzącą, którą był wodny roztwór soli z zanurzonymi dwoma elektrodami o maksymalnej mo-cy ciągłej 2000 kW. Szczegółowe parametry opera-cyjne opornika przedstawiono w tablicy 1. Zasadę działania opornika można opisać prawem Ohma.

U = IR (1) gdzie: U – napięcie [V],

I – natężenie prądu [A], R – oporność urządzenia [Ω].

In the case of water resistor, the characteristic resis-tance depends on the electrolyte composition (salt concentration) of a given resistor, the distance be-tween the electrodes in it, and by the level of submer-sion of electrodes. Positive electrodes are connected to the locomotive's generator via contactors placed in the high-voltage apparatus cabinet. By adjusting the elec-trolyte level, different resistance values can be ob-tained by different immersion depths of the electrode surfaces. The power dissipated in this way is con-verted into heat. The use of a water resistor for such measurements has been described in [3].

W przypadku opornika wodnego oporność, jaką się on charakteryzuje jest zależna od składu elektrolitu (stę-żenia soli) danego opornika oraz od odległości między znajdującymi się w nim elektrodami. Regulując ich odległością, przez różne głębokości zanurzenia po-wierzchni elektrod, uzyskać można różne wartości oporności. Uzyskana w ten sposób moc przetwarzana jest na ciepło. Zastosowanie Moc wydzieloną na opor-niku opisuje wzór:

U = IR (1) where: U – voltage [V], I – current [A], R – total device resistance [Ω]. Power dissipated on the resistor is described by:

P = I2R (2) where: P – power [W].

Moc wydzieloną na oporniku opisuje wzór: P = I2R (2)

gdzie: P – moc [W] opornika wodnego do tego

13


typu badań opisane jest wielokrotnie w literaturze, np. w poz. [3]. Tablica 1. Parametry operacyjne opornika wodnego

Parametr Wielkość Maksymalny prąd 6300 A Prąd ciągły bez chłodzenia elektrolitu 1000 A Prąd ciągły z chłodzeniem elektrolitu 2000 A Maksymalne napięcie 1000 V Moc ciągła rozpraszana bez chłodzenia 750 kW Moc ciągła rozpraszana z chłodzeniem 2000 kW

Table 1. Water resistor operational parameters

Parameter Value Maximum current 6300 A Continuous current without electrolyte cooling 1000 A Continuous current with electrolyte cooling 2000 A Maximum voltage 1000 V Continuous power dissipated without cooling 750 kW Continuous power dissipated with cooling 2000 kW

The exhaust emissions values - the concentration of individual components in the exhaust gases – as well as the fuel consumption was determined using the Testo 360 device. Values of the measured parameters were obtained after providing a sample of exhaust gases to the mobile measuring device - a set of analyz-ers. For this purpose, a probe was installed mounted in the locomotive engine exhaust system (Fig.5). The parameters of the engine's operation, including the generated power, were determined from the train driver’s position – i.e. from the control panel in the cabin. The tests were performed using 15 chosen units of the ST44 locomotive. The tested locomotives dif-fered slightly with the engine type or exhaust system elements as well as performed various transport tasks, which resulted in a different degree of wear of the locomotive subsystems. Several of the tested vehicles were used for the measurement of exhaust emissions before and after the vehicle general overhaul.

Wielkość toksyczności spalin – stężenie poszcze-gólnych składników w gazach wylotowych – oraz zużycie paliwa określano przy wykorzystaniu urzą-dzenia Testo 360. Wartości oczekiwanych parametrów pozyskiwano po dostarczeniu próbki spalin do mobil-nego urządzenia pomiarowego – zestawu analizato-rów. Do tego celu służyła sonda zamontowana w układzie wylotowym silnika lokomotywy (rys. 5). Parametry pracy silnika, w tym jego moc użyteczna, były określane z pozycji maszynisty – panel kontrolny w kabinie. Badania wykonano w odniesieniu do 15 wybranych lokomotywy ST44. Wybrane lokomotywy różniły się nieznacznie elementami układów wyloto-wych oraz wykonywały różne prace transportowe, co powodowało różny stopień zużycia lokomotywy. Kil-ka z badanych obiektów przebadano pod względem emisji związków toksycznych spalin przed i po na-prawie głównej.

Rys. 5. Przykładowy obiekt podczas badań mobilną aparaturą do pomiarów związków toksycznych w gazach wylotowych na

oporniku wodnym

Fig. 5. An example of a test vehicle using a mobile exhaust emission measuring device connected to a water resistor

3. Measurement results and analysis In order to assess the impact of the locomotive en-

gine general overhaul on its exhaust emissions, ex-haust emission tests for 2 selected ST44 locomotives were performed before and after the general overhaul. The measurements, aside from the ISO 8178-F, were made for different positions of the drive controller so as to map the parameters of the real operating condi-tions of the locomotive. The time density for individ-ual drive controller positions is shown in Figure 6. The obtained specific emission values from the tested lo-comotives engines were compared to the ORE B13 and UIC 623 standards (Figure 7).

3. Wyniki pomiarów i ich analiza W celu dokonania oceny wpływu naprawy głów-

nej lokomotywy na emisję spalin, wykonano badania emisji związków toksycznych dla 2 wybranych loko-motyw ST44 przed i po naprawie głównej. Pomiary wykonywano, oprócz testu wg ISO 8178-F, także przy zastosowaniu innych pozycji nastawnika jazdy tak, aby odwzorować parametry rzeczywistej eksploatacji lokomotywy. Udział czasu pracy dla poszczególnych pozycji nastawnika jazdy przedstawiono na rys. 6. Uzyskane wartości emisji jednostkowej z silników badanych lokomotyw odniesiono do norm ORE B13 oraz UIC 623 (rys. 7).

Na podstawie otrzymanych wyników wykazany został znaczący wpływ naprawy głównej na poziom emisji związków toksycznych z silnika lokomotywy. Wynik ten potwierdza zasadność tego typu procedur naprawczych. Koszt naprawy głównej jest zaledwie ułamkiem kosztów, które przewoźnik ponosi przy zakupie nowego taboru. Pozwala ona zmniejszyć

Based on the results obtained, a significant impact of the general overhaul on the locomotive engine ex-haust emission level was demonstrated. This result confirms the legitimacy of this type of repair proce-dures. The general overhaul which is a part of the costs covered by the carrier when purchasing a new rolling stock, makes it possible to reduce the emissiv-ity of the locomotive to the level specified in the ORE

14


emisyjność lokomotywy do poziomu mieszczącego się w normach ORE B13 (1991–1996). Niemożliwe oka-zuje się natomiast spełnienie bardziej restrykcyjnych nowszych limitów emisji, jak choćby wg UIC 623.

B13 (1991–1996). However, it is not possible to meet the more restrictive newer emission limits, such as the UIC 623.

Fig. 6. Graph of the operating time density for individual positions of the drive controller. The power values denoted by these settings are as follows: 1 – 0 kW, 2 – 40 kW, 3 – 100 kW, 4 – 200 kW, 5 – 400 kW, 6 – 450 kW, 7 – 550 kW, 8 – 550 kW, 9 – 650 kW, 10 – 700 kW, 11 – 750 kW, 12 – 800 kW, 13 – 910 kW, 14 – 1000 kW,

15 – 1100 kW, 16 – 1232 kW Rys. 6. Wykres udziału czasy pracy dla poszczególnych pozycji

nastawnika jazdy Wartości mocy dla tych pozycji są następujące: 1 – 40 kW, 2 – 100 kW, 3 – 200 kW, 4 – 400 kW, 5 – 450 kW, 6 – 550 kW, 7 – 550 kW, 8 – 650 kW, 9 – 700 kW, 10 – 750 kW, 11 – 800 kW, 12 – 910 kW, 13 – 1000 kW, 14 – 1100 kW, 15 – 1232 kW, 16 – 1232 kW

Fig. 7. Results of specific emissions values of toxic compounds for two selected ST44 locomotives before and after their general

overhaul Rys. 7. Wartości jednostkowych emisji związków toksycznych dla dwóch wybranych lokomotyw ST44 przed i po naprawie głównej

Głównym aspektem określającym emisję związ-ków toksycznych podczas pracy lokomotyw jest ich jednostka napędowa, w tym przypadku był to silnik o zapłonie samoczynnym. Podczas gdy nowe lokomo-tywy mogą być wyposażone w napędy hybrydowe lub silniki zasilane paliwami alternatywnymi (takimi jak CNG czy wodór), renowacja starszych lokomotyw nie pozwala na tak daleko idące zmiany konstrukcyjne. Jednakże dokonanie wymiany silnika spalinowego na jednostkę nowszą, bardziej sprawną i emitującą mniej związków toksycznych do atmosfery jest możliwe. Efekty takiej wymiany przedstawiono na rys. 8, gdzie porównano podstawowy dwusuwowy silnik widlasty 14D40 z nowszą wersją oznaczoną jako 654E3B oraz silnikiem 12CzN26/26 – dwunastocylindrowym, ZS z wtryskiem bezpośrednim, doładowanym, z chłodnicą powietrza doładowującego, spełniający wymagania w zakresie emisji składników toksycznych do atmosfery zgodnie z kartą UIC 624 II. Potencjalne efekty zasto-sowania tego typu silnika w naprawie głównej loko-motyw wykazano w poz. [4].

The main aspect determining the exhaust emissions during locomotives operation is their engine, in this case it was a compression-ignition engine. While new locomotives can be equipped with hybrid drives or electric motors powered with alternative fuels (such as hydrogen), the renovation of older locomotives does not allow for such extensive structural changes, how-ever, replacing the internal combustion engine with a newer, more efficient one that emits fewer toxic com-pounds to the atmosphere is still possible. The effects of performing this engine switch are shown in Figure 8, where the basic 14D40 two-stroke engine was re-placed with the newer version marked 654E3B or the modern, supercharged, twelve-cylinder diesel engine 12CzN26/26 with direct injection and charger air cooler, meeting the exhaust emission requirements of the UIC 624 II standard. The potential effect of such modifications and repairs have been widely reported before, such as in [4].

Rail vehicle tests in the aspect of economic indica-tors were made based on the measurement of fuel con-sumption calculated on the basis of exhaust emission results using the carbon balance method [5]. This measurement was carried out for 15 ST44 locomotives with varying degrees of exploitation wear for the cases of maximum engine load using a water resistor and no load for idling. In order to ensure comparability of the results, all tested locomotives were equipped with the same 14D40 type combustion engine. The distribution of obtained values was in the range of up to 15% for

Badania pojazdów szynowych w aspekcie ekono-micznym wykonano na podstawie określenia zużycia paliwa przy wykorzystaniu wyników emisji związków toksycznych (za pomocą metody carbon balance) [5]. Obliczenia wykonano dla 15 lokomotyw ST44 o róż-nym stopniu wyeksploatowania, zarówno podczas

15


fuel consumption at full load and up to 35% for opera-tion without any load (Fig. 9).

maksymalnego obciążenia silnika z wykorzystaniem opornika wodnego, jak i bez obciążenia, dla biegu ja-łowego. W celu zapewnienia porównywalności wyni-ków wszystkie badane lokomotywy wyposażone były w standardowy silnik 14D40. Rozrzut uzyskanych wartości zawierał się w zakresie do 15 % dla zużycia paliwa przy pracy z pełnym obciążeniem oraz do 35 % dla pracy bez obciążenia (rys. 9).

Fig. 9. Comparison of fuel consumption for ST44 locomotives - measurements with engine load (14D40) and without load

Rys. 9. Porównanie zużycia paliwa dla lokomotyw typu ST44 pomiary z obciążeniem silnika (14D40) oraz bez obciążenia

Rys. 8. Porównanie wskaźników ekologicznych lokomotyw typu ST44 wyposażonych w różne jednostki napędowe

Fig. 8. Ecological indicators comparison of ST44 locomotives equipped with different engines

4. Conclusions The general overhaul of the locomotive engine

leads to a noticeable reduction in the emission of all measured toxic compounds emitted. The conducted research has managed to reduce the emissivity of the tested locomotives to the level in line with the norm ORE B13 (1991–1996). However, it was not possible to meet the more restrictive new emission limits such as the UIC 623. It should be noted, however, that the aim of this type of repair is not to achieve an im-provement of the locomotive's ecological indicators greater than the level required by law. The general overhaul of the engine mainly allows to improve the economic indicators of the locomotive and increase its reliability during future operations. It should be noted that the results presented in the paper indicate that it is possible to take further steps to reduce exhaust emis-sions from this vehicle type. Such solutions include retrofitting, that is, equipping the vehicle with an ex-haust aftertreatment system that can further signifi-cantly reduce the emission of toxic compounds up to several dozen percent [6].

Out of the tested vehicles the lowest specific ex-haust emissions during operation when loaded by a water resistor was registered for the 12CzN26/26 en-gine, achieving 79% lower CO, 60% lower HC, and 34% lower NOx emission with respect to the tradi-tional 14D40 engine. This indicates that replacing the engine unit with a newer one is the most economically viable alternative to the purchase of new rolling stock. The main disadvantage of this solution is the fact that not all locomotive constructions allow for this type of repair. In the case when there is no new replacement engine, which would fit in the vehicle construction and its ergonomics, engine replacement can be definitely be the more expensive option if not even completely impossible.

The performed tests also allowed to clearly pre-sent the differences in the engine fuel consumption

4. Wnioski Dokonanie naprawy głównej silnika lokomotywy

powoduje zauważalne zmniejszenie emisji mierzonych związków toksycznych. W przeprowadzonych bada-niach udało się zmniejszyć emisyjność testowanych lokomotyw do poziomu mieszczącego się w normie ORE B13 (1991–1996). Nie było możliwe natomiast spełnienie bardziej restrykcyjnych nowszych limitów emisji, jak UIC 623. Należy jednak zauważyć, że tego typu naprawa nie jest ukierunkowana na większą po-prawę wskaźników ekologicznych lokomotywy niż poziom wymagany prawnie. Naprawa główna przede wszystkim pozwala na poprawienie wskaźników eko-nomicznych lokomotywy oraz zwiększenia jej nieza-wodności w czasie przyszłej eksploatacji. Należy za-znaczyć, że przedstawione w pracy wyniki wskazują, iż możliwe jest wykonanie dalszych kroków w celu zmniejszenia emisji spalin z tego typy pojazdów. Do rozwiązań takich zalicza się retrofitting, czyli doposa-żenie pojazdu w układ oczyszczania spalin, który po-trafi w dalszym stopniu znacząco zmniejszyć emisję związków toksycznych nawet o kilkadziesiąt procent [6].

Z badanych pojazdów najmniejszą emisją jednost-kową związków toksycznych podczas pracy na opor-niku wodnym wykazał się silnik 12CzN26/26 osiąga-jąc emisję CO niższą o 79 %, HC o 60 %, a NOx o 34 % w odniesieniu do tradycyjnego silnika 14D40. Po-zwala to stwierdzić, że wymiana jednostki napędowej na nowszą jest jak najbardziej uzasadnioną alternaty-wą w odniesieniu do zakupu nowego taboru. Główną wadą tego rozwiązania jest fakt, że nie wszystkie kon-strukcje lokomotyw umożliwiają dokonania tego typu

16


values for the tested locomotives (depending on the vehicle age and technical status). The differences of fuel consumption values obtained under full engine load reached 15%, while without load they reached up to 35%. The fuel consumption values obtained in this way can be used as the locomotive engine’s technical condition indicators. In the long-term, the difference of approx. 20% may significantly affect the opera-tional costs of rolling stock incurred by the vehicle operator, which may contribute to speeding up the decision to repair or replace the rolling stock.

prac. W przypadku kiedy nie ma nowego silnika zastępczego, który wpisywałby się w ograniczenia konstrukcyjne oraz ergonomiczne, wymiana jednostki napędowej może być zdecydowanie droższa w wykonaniu lub całkowicie niemożliwa.

Podczas przeprowadzonych badań wykazano również różnice w wartościach zużycia paliwa przez jednostki napędowe badanych lokomotyw (w zależności od stopnia ich wyeksploatowania). Maksymalne różnice pod obciążeniem zawierały się w zakresie do 15 %, natomiast bez obciążenia do 35 %. Uzyskane w ten sposób wartości zużycia paliwa mogą być wykorzystane jako wskaźniki stopnia pogorszenia stanu technicznego silnika lokomotywy. W długotrwałej eksploatacji różnica ok. 20 % może znacząco wpłynąć na koszty eksploatacyjne taboru kolejowego ponoszone przez przewoźnika, co może przyczynić się do przyspieszenia decyzji o naprawie głównej bądź wymianie taboru na nowy.

Bibliography / Bibliografia

[1] Fundacja ProKolej, http://www.prokolej.org/pl/info grafiki (dostęp w dniu 04.07.2018) [2] Pielecha J., Merkisz-Guranowska A., Andrzejewski M.,

Daskiewicz P., Stawecka H. Ecological aspect of using road-rail vehicles for shunting operations. Pojazdy Szynowe 2016, Nr 1, s. 1–8.

[3] Kowalski, S., Sowa, A., Classification of technical diagnostic methods used in rail vehicle repair works. Problemy Eksploatacji 2007, nr 2, s. 65–76.

[4] Stawecki W., Marciniak, Z., Pielecha I., Pielecha J. Problems of exhaust gas emission of modernized diesel locomotives operating in Poland. PTNSS-2014-106, Combustion Engines 2014, 156(1), s. 48–58.

[5] Bajerlein, M., Fuć, P., Lijewski, P., Rymaniak, Ł., Ziółkowski, A., Dobrzyński, M., Simulation of vehicle work in real conditions at engine test bed. PTNSS–2013–SC–124, Combustion Engines 2013, R. 52, no. 3, s. 708–715, ISSN 2300-9896.

[6] Lenz, M., Powertrains and fuels for locomotives. Elec-tro-Motive Diesel, NAFTANEXT, April 23, 2014.

17


W artykule przedstawiono przekładnik ciśnienia układów hamulcowych pojazdów szyno-wych oraz jego funkcje. Przekładniki ciśnienia z racji spełnianych funkcji w układach hamulcowych powinny charakteryzować się dużą niezawodnością oraz poprawnym wy-pełnianiem zadań w układzie hamulcowym pojazdów szynowych. Badania stanowiskowe przekładników ciśnienia wykazały, że duży wpływ na poprawność funkcjonowania prze-kładników mają właściwości zastosowanego smaru. Przedstawiono również stanowisko do badań oraz wyniki badań środków smarnych sto-sowanych w przekładnikach ciśnienia. Omówiono ideę przeprowadzonych badań warto-ści parametrów środków smarnych w różnych temperaturach. Analiza wyników badań parametrów środków smarnych oraz badań przekładników na stanowisku badawczym wykazała, że poprawność działania przekładników ciśnienia zależy od właściwości zasto-sowanego środka smarnego. Na podstawie przeprowadzonych badań wybrano smar, któ-ry szczególnie w niskich temperaturach, spełnia kryteria poprawnego i niezawodnego działania przekładników ciśnienia w pojazdach szynowych.

Wpływ wybranych środków smarnych na działanie przekładników ciśnienia układów hamulcowych pojazdów szynowych

dr inż. Sylwin Tomaszewski Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR” prof.dr hab. inż. Franciszek Tomaszewski Politechnika Poznańska mgr inż. Jan Strzemkowski Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR”

The article presents the relay valve of braking systems of rail vehicles and its functions. Because of their function in braking systems the relay valves should be characterized by high reliability and correct carrying out the tasks in the braking system of rail vehicles. The stand tests of relay valves have shown that the properties of the applied grease have a big influence on the correctness of the relay valves' functioning. The paper presents the test stand and the results of tests of lubricants used in the relay valves. The idea of carried out tests of the values of lubricants parameters in different temperatures is discussed. The analysis of the test results of the lubricant parameters and the tests of the relay valves on the test stand showed that the correctness of the relay valves operation depends on the properties of the used lubricant. On the basis of the car-ried out tests, a grease was selected, which especially in low temperatures, meets the cri-teria of the correct and reliable operation of relay valves in rail vehicles.

Influence of selected lubricants on operation of relay valves of braking systems of rail vehicles

INTRODUCTION For the proper functioning of entire braking system

in every vehicle, which is a part of the train set, there must be the suitable apparatus on it that receives the signals about braking or releasing of the brakes. It is also necessary to unify the requirements for control devices and actuators in order to ensure the correct operation of the brakes of all wagons in the train. This applies to the most responsible braking devices, such as the distributor valve and the relay valve or relay valves of brake cylinders, emergency braking accelerator, weighing valve and anti-slip system [1].

WPROWADZENIE Aby cały system hamulcowy funkcjonował pra-

widłowo w każdym pojeździe, wchodzącym w skład pociągu, musi znajdować się na nim odpo-wiednia aparatura odbierająca sygnały o hamowaniu bądź luzowaniu hamulców. Niezbędne jest także ujedno-licenie wymagań dla urządzeń sterujących i urządzeń wykonawczych w celu zapewnienia popraw-ności działania hamulców wszystkich wagonów w pociągu. Dotyczy to najbardziej odpowiedzialnych urządzeń hamulcowych, takich jak zawór rozrządczy i prze-kładnik lub przekładniki ciśnienia cylindrów

18


The required parameters of the rail vehicle braking system are defined in the relevant UIC leaflets and European standards.

The article presents the exemplary test results of one of the factors affecting the parameters achieved by the relay valve, carried out on the real object. On the basis of the obtained test results, the appropriate changes in the technical documentation of the relay valves were introduced, which ensure that the current requirements are met during the operation and the increase of reliability of its operation, ensuring a high level of safety of the operated vehicles.

1. DESCRIPTION OF BRAKE CYLINDER RELAY VALVE

The relay valve is a device used to amplify the pneumatic signal with the required pressure (through the control system) in the cylinder (s). It can be installed at a some distance from the distributor valve on the separate bracket or on a common bracket with the distributor valve (so-called the compact system) or on the pneumatic board of the vehicle (wagon) [5].

Figures 1 and 2 present examples of relay valves from the relay valve family for filling the vehicle brake cylinders and the main pipe of traction units developed and made at the Rail Vehicles Institute "TABOR". These relay valves are usually mounted as the modular apparatus on the pneumatic brake boards of rail vehicles.

In the relay valve construction (Fig. 3) a number of solutions based on actuators, such as pistons sealed with diaphragm transferring the appropriate forces, valves with a rubber O-ring and U-type sealing rings, springs and a precise piston-slide system with a rolling diaphragm the smooth change of pressure in the cylinders as a function of the load. In the construction of this relay valve it is provided for a very wide range of regulation of its parameters in order to adjust its characteristics to different needs and types of rail vehicles [5].

The main element of the relay valve consists of a venting rod connected to the piston (5) and the diaphragm (6). It moves in the body (1), up or down depending on the pressure difference occurring on both sides of the diaphragm (6). The supply air (Z) from the auxiliary reservoirs is constantly supplied to each relay valve. When the distributor valve generates a control signal (S), which reaches to the chamber under the lower piston (7) and diaphragm (6), the piston (7) moves upwards and the rod (5) opens the valve (2) via the lever (12), which allows the supply air to enter onto the output side (C) of the relay valve to the brake cylinder capacity. In the opposite situation, when the control signal (S) decreases, the valve closes the supply flow (Z), and the air on the output side (C) of relay valve escapes from the cylinder into the atmosphere through the hollow rod. The pneumatic signal of the weight of the vehicle (W)

hamulcowych, przyspieszacz hamowania nagłego, zawór ważący i układ przeciwpoślizgowy [1]. Wyma-gane parametry układu hamulcowego pojazdów szy-nowych są zdefiniowane w odpowiednich kartach UIC i normach europejskich.

W artykule przedstawiono przykładowe wyniki ba-dań jednego z czynników wpływającego na osiągane przez przekładnik ciśnienia parametry, przeprowa-dzone na obiekcie rzeczywistym. Na podstawie uzys-kanych wyników badań wprowadzono odpowiednie zmiany w dokumentacji technicznej przekładników, które zapewniają spełnienie aktualnych wymagań w czasie eksploatacji oraz podwyższenie niezawodności jego działania, zapewniając wysoki stopień bezpie-czeństwa eksploatowanych pojazdów. 1. OPIS PRZEKŁADNIKA CIŚNIENIA CYLINDRÓW HAMULCOWYCH

Przekładnik ciśnienia jest to urządzenie służące do wzmacniania sygnału pneumatycznego o wymaganym (przez układ sterowania) ciśnieniu w cylindrze (-ach). Może być zainstalowany w pewnej odległości od zaworu rozrządczego na oddzielnym wsporniku albo na wspólnym wsporniku z zaworem rozrządczym (tzw. układ kompaktowy) lub na tablicy pneuma-tycznej pojazdu (wagonu) [5].

Na rysunkach 1 i 2 przedstawiono przykładowe przekładniki z rodziny przekładników ciśnienia do napełniania cylindrów hamulcowych pojazdów i przewodu głównego zespołów trakcyjnych opracowa-ne i wykonane w Instytucie Pojazdów Szynowych „TABOR”. Przekładniki te są przeważnie montowane jako aparaty modułowe na hamulcowych tablicach pneumatycznych pojazdów szynowych.

W konstrukcji przekładnika (rys. 3) zastosowano szereg rozwiązań opartych na elementach wyko-nawczych, takich jak: tłoki uszczelnione membranami przenoszące odpowiednie siły, zaworki z gumowym pierścieniem uszczelniającym typu O-ring i typu U, sprężyny oraz precyzyjny układ tłoczkowo-suwa-kowy z przewijaną membraną do płynnej zmiany ciśnienia w cylindrach w funkcji ładunku. W kon-strukcji tego przekładnika przewidziano bardzo szeroki zakres regulacji jego parametrów w celu dopasowania jego charakterystyki do zróżnicowanych potrzeb i rodzajów pojazdów szynowych [5].

Główny element przekładnika ciśnienia składa się z trzonu odpowietrzającego połączonego z tłokiem (5) i membraną (6). Porusza się on w korpusie (1), w górę lub w dół zależnie od różnicy ciśnień wystę-pującej po dwóch stronach membrany (6). Do każdego przekładnika stale jest dostarczane powietrze zasilające (Z) ze zbiorników pomocniczych. Gdy zawór rozrządczy wygeneruje sygnał sterujący (S), który dociera do komory pod dolnym tłokiem (7) i membrany (6), dochodzi do przesunięcia tłoka (7) w górę i trzon (5) za sprawą dźwigni (12) otwiera zaworek (2), co pozwala na przedostania się

19


changes the lever ratio (12) between the pistons (7) and (5).

powietrza zasilającego na stronę wyjściową prze-kładnika (C) do pojemności cylindra hamulcowego. W sytuacji odwrotnej, gdy maleje sygnał sterujący (S), zaworek zamyka dopływ z zasilania (Z), a powietrze znajdujące się po stronie wyjściowej (C) przekładnika uchodzi z cylindra do atmosfery poprzez trzon drążony. Pneumatyczny sygnał o masie pojazdu (W) zmienia przełożenie dźwigni (12) znajdujących się pomiędzy tłokami (7) i (5).

Fig. 1. Relay valve for filling the brake cylinders or main pipe of traction units [5]

Rys. 1. Przekładnik ciśnienia do napełniania cylindrów hamulcowych lub przewodu głównego zespołów trakcyjnych [5]

Z – Zasilanie /power supply C – cylinder /cylinder S – sygnał sterujący /control signal W – sygnał pneumatyczny o masie pojazdu /pneumatic signal of the weight of the vehicle 1 – korpus przekładnika /relay valve body 2 – zaworek napełniający /filling valve 3 – siedzisko zaworka /valve seat 4 – sprężyna /spring 5 – tłok górny z trzonem odpowietrzającym /upper piston with a venting rod 6 – membrane / membrane 7 – tłok dolny / lower piston 8 – pierścień uszczelniający / sealing ring 9 – układ tłoczkowo suwakowy / piston - slide system 10 – rolka / roller 11 – wahacz / inclined swing lever 12 – dźwignie/ levers

Aby przekładniki ciśnienia o skomplikowanej budowie, zwłaszcza te z regulowanym przełożeniem i mechaniczno – pneumatycznym układem zmiany sygnału obciążenia spełniły stawiane im wymagania, istotne jest bardzo dokładne wykonanie ich podzes-połów oraz staranny montaż i regulacja. W związku z zaobserwowaniem pewnego rozrzutu parametrów przekładników, zaistniała potrzeba przeprowadzania szczegółowych badań, pozwalających na ustalenie czynników wpływu i na optymalizację konstrukcji w

To meet the requirements demanded from the pressure relay valves with a complicated structure, especially those with adjustable ratio and mechanical-pneumatic system of load signal changing, it is essential to make their subassemblies very precisely and to assemble and adjust them carefully. Because of observation of a certain scatter of the relay valve parameters, there was a need to carry out the detailed tests, allowing to determine the influence factors and optimize the structure in order to ensure the highest possible repeatability and reliability of operation of the relay valves. One of the selected factors of influence was the type of lubricants used in the relay valves. 2. TESTS OF LUBRICANTS USED IN RELAY VALVES

During the analysis of the operation (functioning) of the relay valves in operation in winter, it was found that there was the increase of failure of these devices during this period. Therefore, it was decided to carry out the correctness tests of the relay valves operation at sub-zero temperatures.

Fig. 2. Relay valve for filling the brake cylinders with regulated ratio [5]

Rys. 2. Przekładnik ciśnienia do napełniania cylindrów hamulcowych o regulowanym przełożeniu [5]

Fig. 3. Diagram of the one-stage relay valve developed by IPS "TABOR" [6]

Rys. 3. Schemat działania jednostopniowego przekładnika ciśnienia opracowanego przez IPS „TABOR” [6]

20


celu zapewnienia jak największej powtarzalności i niezawodności działania przekładników ciśnienia. Jednym z wytypowanych czynników wpływu był rodzaj zastosowanych środków smarnych w prze-kładnikach ciśnienia.

2. BADANIA ŚRODKÓW SMARNYCH STO-SOWANYCH W PRZEKŁADNIKACH CIŚNIE-NIA

W trakcie analizy działania (funkcjonowania) przekładników ciśnienia będących w eksploatacji w okresie zimowym stwierdzono, że następował wzrost awaryjności tych urządzeń w tym okresie. W związku z tym postanowiono przeprowadzić badania popraw-ności działania przekładnika ciśnienia w tempera-turach ujemnych.

Podczas badań przekładnika ciśnienia w komorze klimatycznej zaobserwowano, że rodzaj stosowanego smaru ma wpływ na działanie przekładnika w różnych temperaturach na skutek zmian oporów ruchu. W związku z tym przeprowadzono badania trzech wybranych rodzajów smarów w komorze klimatycznej.

Badania środków smarnych przeprowadzono w Laboratorium Badań Materiałów Eksploatacyjnych Politechniki Poznańskiej. Mierzonym parametrem była konsystencja smaru, a konkretnie wskaźnik jego twardości. Do pomiarów twardości smarów wyko-rzystano, pokazany na rys. 4, penetrometr laserowy PL-12DC, wyprodukowany przez Instytut Tech-nologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy w Radomiu.

Jest to automatyczne urządzenie, w którym zastosowano nowoczesną laserową technologię po-miaru penetracji. Penetrometr przeznaczony jest m.in. do badania konsystencji produktów petroche-micznych (np. smary, asfalty, parafiny), produktów spożywczych, wyrobów kosmetycznych, a także zapraw murarskich oraz plastycznych materiałów wybuchowych [2].

Penetrometr laserowy pozwala określić konsys-tencję smaru. Prawidłowa konsystencja musi gwaran-tować, że smar nie będzie generował zbyt wysokich oporów. Konsystencja jest klasyfikowana zgodnie ze skalą opracowaną przez NLGI (National Lubricating Grease Institute) przedstawioną w tablicy 1. Im smar jest bardziej miękki, tym niższy numer na skali. Podczas badania mierzona jest w dziesiątych częściach milimetra głębokość wniknięcia standardo-wego stożka w próbkę smaru (rys. 5).

During the tests of the relay valve in the climatic chamber it was observed that the type of the used grease had the influence on the operation of the relay valve at different temperatures due to the changes in the resistances of motion. Therefore, three selected types of lubricants were tested in a climatic chamber.

The lubricant tests were carried out in the Laboratory for Exploitation Materials of the Poznan University of Technology. The measured parameter was the consistency of the lubricant, specifically its hardness index. For the measurements of the hardness of lubricants, a PL-12DC laser penetrometer, manufactured by the Institute for Sustainable Technologies - National Research Institute in Radom, was used, shown in Fig. 4.

It is an automatic device, in which it is used the modern laser technology to measure the penetration. The penetrometer is intended, among others, for testing the consistency of petrochemical products (e.g. lubricants, asphalts, paraffins), food products, cosmetic products, as well as mortars and plastic explosives [2].

The laser penetrometer allows to determine the consistency of the grease. The correct consistency must ensure that the grease does not generate too high resistances. The consistency is graded according to the scale developed by the NLGI (National Lubricating Grease Institute) presented in Table 1. The softer is the grease the lower number is on the scale. During the test, the depth of penetration of the standard cone into a sample of grease is measured in tenths of a millimeter (fig. 5).

Fig. 5. Laser penetrometer PL-12DC – view during

the test[6] Rys.5. Penetrometr lasero-wy PL-12DC – widok w

trakcie badania [6]

Przeprowadzono badania następujących smarów powszechnie stosowanych w Instytucie Pojazdów Szynowych „TABOR”:

− "Vecolit EPX 00" – półpłynny smar do przekładni i centralnego smarowania

− "Elf MULTI" – litowo wapniowy smar do łożysk

The following lubricants popularly used in the Rail Vehicles Institute "TABOR" were tested:

Fig. 4. Laser penetrometer PL-12DC [3]

Rys. 4. Penetrometr laserowy PL-12DC [3]

21


Number NLGI/ Number of NLGI

Penetracja zgodnie z ASTM (10-

1mm)/ Penetration according to ASTM (10-

1mm)

Wygląd w temperaturze poko-jowej/ Appearance at room tempera-ture

000 445-475 bardzo płynny/very liquid 00 400-430 płynny/liquid 0 355-385 półpłynny/semi-liquid 1 310-340 bardzo miękki/ very soft 2 265-295 miękki/soft 3 220-250 średnio twardy/ medium hard 4 175-205 twardy/hard 5 130-160 bardzo twardy/very hard 6 85-115 skrajnie twardy/extremely hard

3. ANALYSIS OF TEST RESULTS OF LU-BRICANTS USED IN RELAY VALVES

The results of the tests carried out in the laboratory are listed in Table 2. A graphical image of the change of the consistency of various greases as a function of temperature is shown in Figure 6.

− "Vecolit EPX 00" – półpłynny smar do przekładni i centralnego smarowania

− "Elf MULTI" – litowo wapniowy smar do łożysk

− "Smar TF silikon + teflon" – silikonowy smar z dodatkiem teflonu.

Powyższe smary zostały zbadane w trzech temperaturach: 24 °C (temp. pokojowa), 0 °C oraz - 26 °C, które uzyskano za pomocą zamrażarki labo-ratoryjnej. 3. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ ŚRODKÓW SMARNYCH STOSOWANYCH W PRZEKŁAD-NIKACH CIŚNIENIA

Wyniki przeprowadzonych w laboratorium badań zestawiono w tablicy 2. Graficzny obraz zmiany konsystencji różnych smarów w funkcji temperatury przedstawiono na rys. 6.

The test results of greases consistency as a function of temperature[6] Tablica 2 Wyniki badań konsystencji smarów w funkcji temperatury [6] Tablica 2

Nazwa smaru/ Name of lubricant Vecolit EPX 00 Elf MULTI Smar TF silikon + teflon

Temperatura/Temperature -26 °C 0 °C 24 °C -26 °C 0 °C 24 °C -26 °C 0 °C 24 °C Pomiar I/Measurement I 157,4 359,8 443,2 126,0 242,1 273,1 284,3 290,0 308,8 Pomiar II/Measurement II 174,2 358,7 437,5 117,0 234,5 266,0 274,3 280,2 305,4 Pomiar III/ Measurement III 160,7 369,7 446,0 136,1 229,4 263,8 290,4 291,4 306,1

Średnia/Average 164,1 362,7 442,2 126,4 235,3 267,6 283,0 287,2 306,8

− "Smar TF silikon + teflon" – silikonowy smar z dodatkiem teflonu.

Fig. 6. Consistency of greases as a function of temperature [6] Rys. 6. Konsystencja smarów w funkcji temperatury [6]

Figure 7 shows the view of one of the relay valve’s elements (valve) with the used Elf MULTI l grease and Vecolit EPX 00 grease (used in the relay valve) at temperature -26°C. It is clearly seen that the used lubricants, under the influence of low sub-zero temperature, changed their consistency from the liquid into a solid consistency, which is disadvantageous for the correct operation of the relay valve.

The carried out tests have shown that this causes occurrence of large resistances of movement and leads to the suspension of the valve, and thus to the lack of full release of the cylinder and the occurrence of large leak in the power supply system of the braking system of the rail vehicle. The pressure characteristics in the relay valve system during operation with frozen grease and the suspended valve are presented in Figure 8.

Na rysunku 7 przedstawiono widok jednego z elementów przekładnika (zaworka) z zastosowanym smarem Elf MULTI oraz smarem Vecolit EPX 00 (stosowanych w przekładniku) w temperaturze -26°C. Wyraźnie widać, że zastosowane środki smar-ne, pod wpływem niskiej ujemnej temperatury,

Classification of greases under NLGI consistency class[4] Tablica 1/ Table 1 Klasyfikacja smarów według klasy konsystencji NLGI [4]

22


Fig. 7. View of the used Elf MULTI grease (on the left) and Ve-colit EPX 00 grease (on the right) in the relay valve operating at

temperature of -26 °C [6] Rys. 7. Widok zastosowanego smaru Elf MULTI (po lewej) oraz smaru Vecolit EPX 00 (po prawej) w przekładniku działającym w

temperaturze -26 °C [6]

zmieniły swoją konsystencję z płynnej w konsys-tencję stałą, co jest niekorzystne dla prawidłowej pracy przekładnika.

Przeprowadzone badania wykazały, że powoduje to powstawanie dużych oporów ruchu i doprowadza do zawieszenia się zaworka, a tym samym do braku pełnego odhamowania cylindra i wystąpienia dużej nieszczelności w układzie zasilającym układ hamul-cowy pojazdu szynowego. Charakterystyka ciśnień w układzie przekładnika ciśnienia podczas pracy z zamarzniętym smarem i zawieszonym zaworkiem została pokazana na rysunku 8.

Fig. 8. Exemplary course of the test with a suspended valve of relay valve [6]

Rys. 8. Przykładowy przebieg próby z zawieszonym zaworkiem przekładnika [6]

However, Figure 9 shows the valve with the used TF silicone + teflon grease, which during operation at -26 °C did not change its consistency and thus provided the correct operation of the relay valve at the sub-zero temperatures.

As a result of the above analysis of lubricants, the previously used Elf MULTI grease was changed for TF silicone + teflon grease. 4. SUMMARY

The article presents the test results of lubricants in order to select the agent with the best parameters as a function of temperature, in application to the relay valve.

During the analysis of the test results it was found that the grease used in the relay valve must have the stable parameters in the wide range of temperatures. Especially at low temperatures, it must keep as liquid consistency as possible. Therefore, the silicone grease was introduced in the appropriate systems of relay

Na rysunku 9 natomiast przedstawiono zaworek z zastosowanym smarem TF silikon + teflon, który podczas pracy w temperaturze -26 °C nie zmienił swojej konsystencji i tym samym zapewnił prawi-dłową pracę przekładnika ciśnienia w ujemnych tem-peraturach.

W wyniku powyższej analizy środków smarnych zmieniono dotychczas stosowany smar Elf MULTI na smar TF silikon + teflon.

valve, which has a practically constant consistency in the range of temperature from -30 °C to +40 °C.

On the basis of the carried out tests the grease was selected, which used in the specific elements of the relay valve construction allows it to function correctly and reliably.

Fig. 9. View of the used TF silikon +

teflon grease in the relay valve operating at temperature of -26

°C [6]

Rys. 9. Widok zastosowanego

smaru TF silikon + teflon w przekład-niku działającym w temperaturze -26

°C [6]

4. PODSUMOWANIE W artykule przedstawiono wyniki badań środków

smarnych w celu wyboru środka o najlepszych parametrach, w funkcji temperatury, w zastosowaniu do przekładnika ciśnienia.

Podczas analizy wyników badań stwierdzono, że smar stosowany w przekładniku musi posiadać stabilne parametry w szerokim zakresie temperatur. Szczególnie w niskich temperaturach musi zachować możliwie płynną konsystencję. W związku z tym wprowadzono w odpowiednich układach przekład-nika smar silikonowy, który posiada praktycznie niezmienną konsystencję w zakresie temperatur od -30 °C do +40 °C.

Na podstawie przeprowadzonych badań wybrano smar, który zastosowany w konkretnych elementach konstrukcji przekładnika ciśnienia, pozwala na jego poprwne i niezawodne funkcjonowanie.

23


Bibliography/Bibliografia [1] Kaluba M.: Przekładnik ciśnienia z automatyczną zmianą ciśnienia cylindrowego w funkcji ładunku dla pojazdów szy-

nowych. Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów. Warszawa 2010 [2] PL–12DC karta katalogowa [3] Strona internetowa: http://www.inkom.com.pl/produkt/items/631 [4] Strona internetowa: www.skf.com.pl [5] Tomaszewski F., Tomaszewski S.: Dobór elementów przekładnika ciśnienia i ich wpływ na parametry pracy. Pojazdy

Szynowe 4/2014 [6] Tomaszewski S.: „Relacje diagnostyczne stan – sygnał przekładników ciśnienia układów hamulcowych pojazdów szyno-

wych”. Rozprawa doktorska. Poznań 2017

24


dr inż. Marek Sobaś, prof.IPS Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR”

W artykule przedstawiono aktualnie obowiązujące przepisy dotyczące utrzymania toru i ich wpływ na bezpieczeństwo jazdy oraz własności dynamiczne wagonów towarowych. W przepisach krajowych oraz zagranicznych (karty UIC oraz normy europejskie PN-EN) przeanalizowano wybrane zagadnienia, które wiążą się z ww. problematyką. Zaprezen-towano porównania wymaganych parametrów toru ww. przepisach. Zagadnienia zwią-zane z utrzymaniem toru nabierają szczególnego znaczenia w przypadku, kiedy infra-struktura kolejowa jest wyodrębniona pod względem organizacyjnym ze struktury po-szczególnych zarządów kolejowych.

The paper presents current regulations relating to track maintenance and their impact on running safety and dynamic properties of freight wagons. Selected issues related to the above mentioned problems are examined in national and foreign regulations (UIC cards and PN-EN European standards). The track parameters required by particular regula-tions are compared to each other. The problems of track maintenance become particu-larly significant in the case of the railway infrastructure separated in its organizational terms from the structure of individual railway management boards.

The track condition in the view of legal provisions vs. safety of freight car operating on standard Y25 bogies

1. Iintroduction Operational safety of freight wagons has a long history and resolves itself to good interrelationship between the track and vehicle. In order to ensure it, the freight wagon must be distinguished by appropriate construc-tion characteristics and properly maintained so as to prevent exceedance of the borderline dimensions in result of the wear processes. This might lead to dan-gerous change in the parameters affecting the running safety. The question is difficult since the parameters are of stochastic nature and affect the derailment risk. The wear processes arise both in the vehicle and in the track structure. According to the European Directives, that separate the railway infrastructure, the carriers and wagon owners, the operational safety becomes particularly important. These directives were aimed at increasing the mobility of rail freight transport in the EU Member States, thus increasing the competitiveness of this mode of transport on the transport market. Therefore, both the infrastructure owners and the carriers are responsible for competitiveness on the very demand-ing freight transport market. Running safety of freight wagons is a complex prob-lem, including many factors related to the design and maintenance of freight cars and track, with considera-tion of the track – vehicle interaction. It is presented in the following documents:

1. Wstęp Bezpieczeństwo eksploatacyjne wagonów towarowych ma swoją długą historię i sprowadza się do ogólnie dobrej współpracy w układzie tor – pojazd. Aby je zapewnić, wagon towarowy musi posiadać odpowied-nie cechy konstrukcyjne oraz stan utrzymania tak, aby procesy zużycia nie spowodowały przekroczenia wy-miarów kresowych, a tym samym niebezpiecznej zmiany parametrów, które wpływają na bezpieczeń-stwo jazdy. Zagadnienie jest o tyle trudne, że występu-ją parametry, które mają charakter stochastyczny, a które mają wpływ na bezpieczeństwo przed wykoleje-niem. Procesy zużycia, występują zarówno w pojeździe, jak również w nawierzchni kolejowej. Bezpieczeństwo eksploatacyjne w świetle Dyrektyw Europejskich, oddzielających infrastrukturę kolejową od przewoźników oraz właścicieli wagonów nabiera szczególnego znaczenia. Dyrektywy te miały na celu zwiększenie mobilności transportu kolejowego towa-rowego na obszarze krajów członkowskich UE, a tym samym zwiększenie konkurencyjności tej gałęzi trans-portu na rynku przewozowym. Zarówno właściciele infrastruktury, jak i przewoźnicy są więc odpowie-dzialni za konkurencyjność na bardzo wymagającym rynku przewozowym towarów. Bezpieczeństwo jazdy wagonów towarowych jest zagadnieniem złożonym, na który składa się wiele

25

Stan toru w świetle obowiązujących przepisów, a bezpieczeństwo jazdy wagonów towarowych na wózkach standardowych Y25


UIC Leaflets: UIC 432 [2], UIC 505-1[3], UIC 505-5 [4], UIC 510-1[5], 510-2[6], UIC 530-2 [7], UIC 518 [8], UIC 519[9], UIC 700[10], UIC 710 [11] European standards: PN-EN 14363:2016

[14] ORE/ERRI Reports: ORE/ERRI B55 Rp.8

[1] in national regulations: the D1[17] provi-

sions in foreign regulations: the EBO [18] (Ger-

man) provisions. The above documents include the reports on many trials and tests related to running properties of the vehicle, running safety and comfort.

czynników związanych z budową i utrzymaniem wa-gonów towarowych oraz toru, z oddziaływaniem tor – pojazd i jest przedstawione w następujących doku-mentach:

kartach UIC: UIC 432 [2], UIC 505-1[3], UIC 505-5 [4], UIC 510-1[5], 510-2[6], UIC 530-2 [7], UIC 518 [8], UIC 519[9], UIC 700[10], UIC 710 [11] w normach europejskich: PN-EN

14363:2016 [14] raportach ORE/ERRI: Raport ORE/ERRI

B55 Rp.8 [1] w przepisach krajowych: przepisy D1[17] w przepisach zagranicznych: przepisy EBO

[18] (Niemcy). Ww. dokumenty opisują wiele prób i badań, które dotyczą własności biegowych pojazdu, bezpieczeń-stwa jazdy i komfortu jazdy.

2. Parametry świadczące o współpracy tor – pojazd 2.1. Wskaźnik wykolejenia Wskaźnik wykolejenia zdefiniowany jest w raporcie ORE/ERRI B55 Rp.8 [16] oraz w normie europejskiej PN-EN 14363:2016 [14] i wyrażony jest wzorem:

2,11

36,0,070

≤⋅+−=

==γµ

µγ

µγtg

tgQY (1)

Y – poprzeczna siła działająca na przęsło toru Q – rzeczywista siła pionowego nacisku ze-

stawu kołowego na tor γ – kąt pochylenia obrzeża zarysu zewnętrz-

nego wieńca koła µ – współczynnik tarcia między kołem a szy-

ną. Powyższy wzór znany jest w literaturze jako kryterium Nadala i obowiązuje w warunkach przejazdu przez tor wichrowaty w warunkach quasi-statycznych (podczas jazdy z małą prędkością). Rzeczywisty wskaźnik wy-kolejenia jest więc wielkością zmienną w czasie, ma-jącą charakter stochastyczny (losowy) z dwóch powo-dów:

kąt pochylenia obrzeża zmienia się w trakcie eksploatacji wskutek zużycia, co zostało przedstawione literaturze [1] współczynnik tarcia w układzie koło – szyna

jest typową wartością losową, co zostało wy-kazane w PN-EN 14363:2016 [14].

2.1.1. Czynniki wpływające na wartość współczyn-nika wykolejenia Głównymi czynnikami, wpływającymi na wartość współczynnika wykolejenia jest zmiana w trakcie eks-ploatacji jest zmiana siły poprzecznej Y oraz siły naci-sku pionowego Q. Do parametrów, które mają wpływ na wielkość siły poprzecznej Y można zaliczyć:

- ze strony pojazdu (wagonu towarowego): możliwość radialnego ustawiania się zesta-

wów kołowych w łukach; w tym przypadku

2,11

36,0,070

≤⋅+−

=

==γµ

µγ

µγtg

tgQY (1)

2. The parameters evidencing the track – vehicle interrelationship 2.1. Derailment coefficient The derailment coefficient is defined in the ORE/ERRI B55 Rp.8 Report [16] and in the PN-EN 14363:2016 European Standard [14], and is expressed by the formula:

where: Y – sliding force acting on the track span; Q – actual vertical wheel – track contact pres-

sure; γ – the tilt angle of outer wheel rim profile; µ – coefficient of wheel – rail friction.

The above formula is known in the literature as the Nadal criterion and is valid in the conditions of run-ning on twisted track in quasi-static conditions (while low speed operation). Therefore, actual derailment coefficient varies over time, being of stochastic (ran-dom) nature, due to two reasons:

the tilt angle of the rim changes during operation due to wear, that is presented in the literature [1]; the coefficient of wheel – rail friction is of

typically random nature, that is demonstrated in PN-EN 14363:2016 [14].

2.1.1. The factors affecting the derailment coeffi-cient value The main factors affecting the value of the derailment coefficient are the changes in lateral force Y and verti-cal pressure force Q during operation. Among the parameters impacting the value of lateral force Y there are: - due to the vehicle (freight car):

the option of radial position of the wheelsets on track curves – in this case the longitudinal clearance of primary suspension is decisive, as conducing to quasi-radial adjustment of the wheelsets;

26


decydujący jest luz wzdłużny w uprężynowa-niu pierwszego stopnia, który przyczynia się do quasi-radialnego ustawiania się zestawów kołowych wielkość momentu obrotowego w układzie

wózek – nadwozie; wraz ze wzrostem momentu obrotowego wzrasta wartość siły Y sztywność usprężynowania w kierunku po-

przecznym wielkość poprzecznego przyspieszenia wago-

nu na torze prostym oraz wielkość niezrów-noważonego przyspieszenia na łuku toru z przechyłką lub bez przechyłki kąt nabiegania α koła na szynę

- ze strony toru: wielkość i tolerancje przechyłki toru nierówności poprzeczne tor sztywność poprzeczna nawierzchni kolejowe sposób mocowania szyn kolejowych do szyn profil szyny.

Do parametrów, które mają wpływ na wielkość rze-czywistego nacisku siły pionowego Qr nacisku na szynę można zaliczyć:

- ze strony pojazdu: bazę wózka bazę wagonu mimośrodowość środka ciężkości (środka ma-

sy) w stosunku do środka symetrii, wywołana tolerancjami budowy i utrzymania nadwozia oraz wózków (układów biegowych) histerezę usprężynowania, wywołaną tarciem

suchym w tłumikach ciernych sztywność pionowa usprężynowania w stanie

próżnym/ładownym odległość sprężyn w kierunku poprzecznym luz na ślizgach bocznych sztywnych oraz na ślizgach bocznych sprężystych sztywność sprężyn ślizgów sprężystych asymetrię położenia ładunków częstotliwość dokonywanych napraw i kon-

serwacji - ze strony toru: wielkość przechyłki na łukach toru, pochyle-

nie rampy przechyłkowej nierówności pionowe toru wichrowatość toru różnica położenia obydwu toków szynowych sztywność pionowa nawierzchni kolejowej.

2.2. Stożkowatość ekwiwalentna Bardzo istotnym parametrem, określającym współpra-cę koła i szyny jest stożkowatość ekwiwalentna. Poję-cie to jest określone i szczegółowo omówione w kar-cie UIC 518 [8], karcie UIC 519 [9], PN-EN 14363:2016 [14] oraz PN-EN 15302+A1:2011 [15].

value of the torque arising in the bogie – car body set – increase in the torque causes the growth of the Y force; lateral stiffness of the suspension; the value of lateral acceleration of the car on

straight-line track and the value of imbalanced acceleration on the track curve, with or without track cant; the wheel-rail striking angle α;

- due to the track: the value and tolerance of the track cant; lateral track irregularity; lateral stiffness of the track superstructure; the method of rail-sleeper fastening; the rail profile.

Among the parameters impacting the value of actual vertical pressure force Q there are: - due to the vehicle:

base length of the bogie; base length of the wagon; eccentricity of centre of mass location with

regard to the centre of symmetry, caused by the tolerances in the structure and maintenance of the car body and the bogies (running gears); suspension hysteresis caused by dry friction in

the friction absorbers; vertical stiffness of the suspension under

empty and loaded conditions; transverse distance between the springs; clearance on rigid and elastic lateral slide

blocks; stiffness of the springs of elastic slide blocks; asymmetry of the load distribution; rate of the repair and maintenance operations.

- due to the track: the cant value on the track curves, gradient

due to cant; vertical irregularities of the track; track twist; difference in the positions of both rail

stretches; vertical stiffness of the track superstructure.

2.2 Equivalent conicity A very important parameter that determines the wheel - rail interrelationship is the equivalent conicity. This concept is defined and discussed in details in the UIC 518 [8], UIC 519 [9] Leaflets, PN-EN 14363:2016 [14] and PN-EN 15302+A1:2011 [15]. 2.3. Criterion of the vehicle – track interaction As can be seen based on specification of the factors affecting the derailment coefficient, which is a meas-ure of the running safety, the parameters of the track, apart from the vehicle parameters, also significantly impact the safety. Vehicle running safety is a broad concept that includes:

27


the vehicle – track interaction in vertical, lateral and longitudinal directions; dynamic properties of the freight car; comfort of travel (particularly in the case of

passenger cars, multiple-unit sets and locomotives); safety of the load.

In the case of impact of the vehicle on the track the sum of transverse forces ΣY acting on the track is a decisive parameter. The permissible limit value of these forces is defined as the Prud'homme criterion, according to the following formula:

where: k1 – the coefficient equal to 1 in case of loco-

motives, multiple-unit sets and passenger cars, and 0.85 for the freight cars; Q0 – vertical static contact force between the

wheelset and the track [kN]; H0 – initial value of the lateral sleeper resis-

tance in the ballast bed as a function of the load – equal to 10 kN (initial value of the re-sistance for Q0=0 kN).

The sum of lateral forces consists of the force Ya act-ing on the external rail stretch and the force Yi acting on the internal rail stretch. The criterion in this form is most useful in the designing and testing of rail vehi-cles, nevertheless, is not perfectly understandable without some comments. The criterion was confirmed by experimental tests carried out on the SNCF net-work with the use of a special three-axle wagon pro-vided with sliding central axis enabling the measure-ment of the lateral force Y. The tests have been carried out on a railway superstructure of unit weight equal to 46 daN/m on a track with 1722 railway sleepers per 1 km. 2.4 The comfort criterion The passenger's comfort or safety of the transported cargo are assessed based on the accelerations in verti-cal and lateral directions, *z&& and *y&& , respectively, measured on the vehicle's body. The values of permis-sible vertical and lateral accelerations for various types of vehicles are shown in Table 1.

2.3. Kryterium oddziaływania pojazdu na tor Jak widać ze specyfikacji czynników mających wpływ na wskaźnik wykolejenia, będący miarą bezpieczeń-stwa jazdy, istotny wpływ oprócz parametrów pojaz-du, mają również parametry toru. Bezpieczeństwo jazdy pojazdu jest szerokim pojęciem, które obejmuje:

oddziaływanie pojazdu na tor w kierunku pio-nowym, poprzecznym i wzdłużnym własności dynamiczne wagonu towarowego komfort jazdy (zwłaszcza w przypadku wago-

nów osobowych, zespołów trakcyjnych oraz lokomotyw) bezpieczeństwo przewożonego ładunku.

W przypadku oddziaływania pojazdu na tor decydują-cym parametrem jest suma sił poprzecznych ΣY, dzia-łających na tor, których dopuszczalna wartość gra-niczna jest określana jako kryterium Prud’homma wg następującego wzoru:

+⋅≤∑

30

01

QHkY (2)

gdzie: k1 – współczynnik wynoszący 1 dla lokomo-

tyw, zespołów trakcyjnych oraz wagonów osobowych oraz 0,85 dla wagonów towaro-wych Q0 – pionowy nacisk statyczny zestawu koło-

wego na tor (na szyny) [kN] H0 - wartość początkowa oporu poprzecznego

podkładu kolejowego w podsypce w funkcji obciążenia, wynosząca 10 kN (wartość po-czątkowa oporu dla Q0=0 kN).

Na sumę sił poprzecznych składa się siła działająca na zewnętrzny tok szyn Ya oraz siła działająca na we-wnętrzny tok szyn Yi. Kryterium to w takiej formie jest jak najbardziej przydatne dla zastosowania w pro-jektowaniu i badaniach pojazdów szynowych, jednak nie jest w pełni zrozumiałe bez pewnych komentarzy. Kryterium to zostało potwierdzone badaniami do-świadczalnymi, które zostały przeprowadzone na sieci SNCF z użyciem specjalnego wagonu trzyosiowego z przesuwną osią środkową, umożliwiającą realizacją pomiaru siły poprzecznej Y. Badania zostały przepro-wadzone na nawierzchni kolejowej o masie jednost-kowej 46 daN/m i na torze posiadającym 1722 pod-kłady kolejowe na 1 km toru.

2.4. Kryterium komfortu Parametrem komfortu jazdy pasażera lub bezpieczeń-stwa przewożonego ładunku są przyspieszenia w kie-runku pionowym oraz w kierunku poprzecznym , które są mierzone na pudle pojazdu. Wartości dopusz-czalnych przyspieszeń w kierunku pionowym oraz poprzecznym dla różnych typów pojazdów przedsta-wiono w tablicy 1.

3. The track parameters affecting the running properties and safety The effect of geometric parameters on running and dynamic properties of the vehicle, its interaction with the track and running safety are shown in Table 2. In order to discuss the effect of track geometry the following notions, specified in Table 3, have been introduced. The Alert Limit (AL) of the track maintenance condi-tion refers to the values, above which the quality of track geometry should be analyzed in regular sched-uled maintenance and repair works carried out peri-odically.

3. Parametry toru mające wpływ na własności bie-gowe oraz bezpieczeństwo jazdy Wpływ parametrów geometrycznych na parametry

+⋅≤∑

30

01

QHkY (2)

28


Wartości dopuszczalnych przyspieszeń, mierzonych na pudle pojazdu w [m/s2]

The values of permissible accelerations measured on the vehicle's body in [m/s2]

L.p. Item

Rodzaj pojazdu Vehicle type

*max,qy&& *

max,qz&&

1. Lokomotywy, pojazdy trakcyjne (za wyjątkiem lokomotyw manewrowych) Locomotives, motive power units (except for the shunting locomotives)

2,5 2,5

2. Lokomotywy manewrowe Shunting locomotives

do zdefiniowania to be defined


3. Zespoły trakcyjne, wagony osobowe Multiple-unit sets, passenger cars

1,5 2,0

4. Wagony towarowe wózkowe, w stanie próżnym Empty bogie freight cars

<3 <5

5. Wagony towarowe wózkowe, w stanie ładownym Loaded bogie freight cars

3,5 5,0

6. Wagony towarowe bezwózkowe w stanie próżnym Empty non-bogie freight cars



7. Wagony towarowe bezwózkowe w stanie ładownym Loaded non-bogie freight cars



The values of permissible vertical and lateral accelerations Table 1 Wartości dopuszczalnych przyspieszeń w kierunku pionowym i poprzecznym Tablica 1

Parametry toru Własności pojazdu (siły i przyspieszenia)

The vehicle properties (forces and

accelerations)

Szerokość toru Track gauge

nierówności pionowe Longitudinal leve

Wichrowatość/ przechyłka toru Twist/cross level

Nierówności poprzeczne Alignment

ΣY X X X Q X X X Y X X X

*y&& X X

*z&& X

Y/Q X X X X

The effect of track parameters on running safety (the forces and accelerations) in accordance with PN-EN 13848-5:2017 [13] Table 2

Wpływ parametrów toru na bezpieczeństwo jazdy (siły i przyspieszenia) zgodnie z PN-EN 13848-5:2017 [13] Tablica 2

L.p. Symbol lub odchyłka

Określenie Jednostka

1. AL Kryterium lub wartość graniczna określająca alert naprawczy mm lub mm/m

2. IL Kryterium lub wartość graniczna określająca konieczność naprawy mm lub mm/m

3. IAL Kryterium lub wartość naprawcza określająca konieczność podjęcia na-tychmiastowej naprawy

mm lub mm/m

4. D1 Zakres długości fal D1:3≤λ≤25 m m

5. D2 Zakres długości fal D2: 25m≤λ≤75 m m

6. D3 Zakres długości fal D3: 70m≤λ≤150 m Zakres długości fal D3:70m≤λ≤200 m

m

7. l Długość bazy wichrowania m

8. λ Długość fali nierówności m

9. N/A Nie stosowane

10. R Promień łuku toru m

11. D Przechyłka toru mm

12. v Prędkość km/h

Symbole i skróty stosowane do określenia parametrów toru zgodnie z PN-EN 13848-5:2017 [13] Tablica 3

Symbols and abbreviations used to determine the track parameters in accordance with PN-EN 13848-5:2017 [13] Table 3

29


The Intervention Limit (IL) refers to the values the excess of which imposes a repair ensuring that the criteria for immediate (IAL) maintenance and repair shall not be achieved before the next inspection. The Immediate Action Limit (IAL) refers to the values the excess of which requires measurements with a view to reduce the derailment risk to an accept-able level. Such a track condition could result in clos-ing of the track (line), reduction of the permissible speed or correction of track geometry. The track gauge is an important parameter affecting the safety of freight car traffic. The track gauge is defined as the shortest distance measured between the rail heads at the point P, located 14 mm below the rail head (ZP distance). The measurement principle of the track gauge is shown in Fig.1.

biegowe, własności dynamiczne pojazdu oraz oddzia-ływanie na tor i bezpieczeństwo jazdy są przedstawio-ne w tablicy 2. Aby omówić wpływ geometrii toru wprowadzono następujące pojęcia, które są przedstawione w tablicy 3. Poziom alertowy stanu utrzymania toru AL (ang. Alert Limit) odnosi się do tych wartości, po przekro-czeniu których należy analizować jakość geometrii toru w regularnych planowanych pracach konserwa-cyjno-naprawczych, przeprowadzonych w sposób okresowy. Poziom interwencyjny IL (ang. Intervention Limit, odnosi się do wartości, które w przypadku przekro-czenia wymagają naprawy w taki sposób, że kryteria dla natychmiastowego (IAL) działania konserwacyj-no-naprawczego, nie mogą być osiągnięte przed na-stępną inspekcją. Poziom naprawy natychmiastowej (ang. Immediate Action Limit) odnosi się do wartości, które jeśli zosta-ną przekroczone wymagają przeprowadzenia pomia-rów , tak aby ograniczyć ryzyko wykolejenia do ak-ceptowalnego poziomu. Taki stan toru może prowa-dzić do zamknięcia toru (linii), zmniejszenia dopusz-czalnej prędkości lub korekcji geometrii toru. Istotnym parametrem mającym wpływ na bezpieczeń-stwo jazdy wagonów towarowych jest szerokość toru, zwana prześwitem toru. Szerokość toru jest definio-wana jako najmniejsza odległość mierzona pomiędzy główkami szyn w punkcie P, znajdującym się 14 mm poniżej główki szyny (odległość ZP). Sposób pomiaru prześwitu toru jest przedstawiony na rys.1.

Rys.1. Sposób pomiaru szerokości toru (prześwit toru) na torze nowym (zgodnie z p.4.2.1 PN-EN 13848-1[12])

1 – płaszczyzna toczna (ang. „running surface”, niem. „Laufebene”)

Fig.1. The method of track gauge measurement in case of a new track (in accordance with p.4.2.1 PN-EN 13848-1[12]), 1 –

running surface

In case of a worn track the locations of the P points on the right-hand and left-hand rail heads may be differ-ent. The measurement principle is shown in Fig.2.

Fig.2. The method of track gauge measurement in case of a worn track (in accordance with p.4.2.1 PN-EN 13848-1[12]), 1 –

running surface

W przypadku toru zużytego prześwit toru, punkt P na główce szyny prawej może różnić się od punktu na lewej główce szyny. Sposób pomiaru jest przedsta-wiony na rys. 2.

Rys. 2. Sposób pomiaru szerokości toru (prześwit toru) na torze zużytym (zgodnie z p.4.2.1 PN-EN 13848-1:2008 [12])

1- płaszczyzna toczna (ang. „running surface”, niem. „Laufebene”)

Indywidualne (pojedyncze) wady prześwitu toru są określane przez amplitudę mierzoną od nominalnej wartości do wartości szczytowej (minimum i maksi-mum wartości szczytowej). Przez pojedyncze wady rozumie się te, które wystąpiły na maksymalnej długo-ści toru, wynoszącej 0,25 m. Indywidualne (pojedyn-cze) zmiany szerokości toru (defekty toru) w odniesie-niu do nominalnej szerokości toru, określające ko-nieczność podjęcia natychmiastowej naprawy są okre-ślone w tablicy 4.

Individual (single) track gauge faults are determined by the amplitude measured from the nominal to peak value (minimum and maximum peak value). Single defects are those that have occurred at a maximum track length of 0.25 m. Individual changes in track gauge (track defects) with regard to its nominal value that impose the need for immediate repair are set out in Table 4.

Odchyłki szerokości toru w postaci pojedynczych błędów (lokalne zmiany) w AL, IL oraz IAL w sto-sunku do nominalnej szerokości zostały przedstawione w tablicy 5. Odstępstwa prześwitu toru w stosunku do nominalnej szerokości toru na długości 100 metrów są przedsta-wione w tablicy 6.

30


Odstępstwo szerokości toru w odniesieniu do wartości nominalnej [mm] Track gauge deviation with regard to its nominal value [mm] L.p.

Item Prędkość [km/h]

Speed [km/h] Minimum [mm] Maksimum Maximum [mm] 1. v≤80 -11 +35 2. 80<v≤120 -11 +35 3. 120<v≤160 -10 +35 4. 160<v≤230 -7 +28 5. 230<v≤300 -5 +28 6. 300<v≤360 -5 +28

Zmiana szerokości toru w stosunku do wartości nomi-

nalnej [mm] Change in track gauge with regard to its nominal value

[mm]

Zmiana szerokości toru w stosunku do wartości nomi-

nalnej [mm] Change in track gauge with regard to its nominal value

[mm]

Lokalna zmiana szerokości toru w stosunku do wartości nomi-

nalnej [mm] Local change in track gauge

with regard to its nominal value [mm]

AL IL IAL

L.p. Item

Prędkość Speed [km/h]

Minimum Maksimum Maximum



1. v≤80 -7 +25 -9 +30 -11 +35 2. 80<v≤120 -7 +25 -9 +30 -11 +35 3. 120<v≤160 -6 +25 -8 +30 -10 +35 4. 160<v≤230 -4 +20 -5 +23 -7 +28 5. 230<v≤300 -3 +20 -4 +23 -5 +28 6. 300<v≤360 -3 +20 -4 +23 -5 +28

Zmiana szerokości toru na długości 100 metrów w sto-sunku do wartości nominalnej [mm]

Track gauge change on the length of 100 meters with regard to its nominal value

[mm]

Lokalna zmiana szerokości toru na długości 100 metrów w stosunku do

wartości nominalnej [mm] Local change int rack gauge on the

length of 100 meters with regard to its nominal value [mm]

AL IL IAL

L.p. Item

Prędkość Speed [km/h]




1. v≤40 nie stosuje się not applicable

+25 nie stosuje się

not applica-ble

nie stosuje się

not appli-cable

nie stosuje się not applicable

nie stosuje się not applicable

2. 40<v≤80 -6 +25 -7 nie stosuje się

-8 nie stosuje się not applicable

3. 80<v≤120 -5 +16 -6 +20 -7 nie stosuje się not applicable




6. 300<v≤360 nie stosuje się not applicable

+16 -1 +20 -2 nie stosuje się not applicable

Track gauge deviations with regard to nominal track gauge on the length of 100 meters at the AL, IL and IAL levels Table 6

Individual changes in track gauge (track defects) with regard to its nominal value imposing the need of immediate repair Table 4

Local change in the track gauge (in the form of single aberrations) with regard to its nominal value at the AL, IL and IAL levels Table 5

Pojedyncze zmiany szerokości toru (defekty toru) w odniesieniu do nominalnej szerokości toru, określające koniecz-ność podjęcia natychmiastowej naprawy Tablica 4

Lokalna zmiana szerokości toru (w postaci pojedynczych błędów) w stosunku do nominalnej wartości prześwitu na poziomie AL, IL oraz IAL Tablica 5

Odstępstwa prześwitu toru w stosunku do nominalnej szerokości toru na długości 100 metrów na poziomie AL, IL oraz IAL Tablica 6

31


The track gauge deviations in the form of single aber-rations (local deviations) in AL, IL and IAL with regard to nominal track gauge are presented in Table 5. The track gauge deviations with regard to nominal track gauge on the length of 100 meters are shown in Table 6.

Kolejnym parametrem toru jest wichrowatość, której wartość graniczna zależy od długości l bazy pomia-rowej, która wynika z jednego ze wzorów:

1. Granica wichrowatości (ang. twist limit) = (20/1+3) dla D≤(R-100)/2 (krzywa A na rys. 3) z maksymalnymi wartościami:

- 7 mm/m (7 ‰) dla linii kolejowych, prze-znaczonych dla v ≤ 200 km/h) - 5 mm/m (5 ‰) dla linii kolejowych, prze-znaczonych dla v > 200 km/h)

2. Granica wichrowatości =20/l+3 dla (R-100)/2 < D <(R-50)/1,5 (krzywa B na rys. 3) z mak-symalnymi wartościami:

- 6 mm/m (6 ‰) dla linii kolejowych, jako wartość maksymalna oraz - 3 mm/m (3 ‰) dla linii kolejowych, jako wartość minimalna.

gdzie: 1 – długość bazy wichrowania pojazdu 1,3 ≤ 1 ≤ 20 [m] D – przechyłka toru [mm] R – promień łuku toru [m].

Another track parameter is the twist, the limit value of which depends on the length l of the measurement base, resulting from one of the formulas:

1. Twist limit = (20/1+3) for D≤(R-100)/2 (the curve A in Fig. 3) having maximum values:

- 7 mm/m (7 ‰) for the railroads designed for v ≤ 200 km/h) - 5 mm/m (5 ‰) for the railroads designed for v > 200 km/h)

2. Twist limit =20/l+3 for (R-100)/2 < D <(R-50)/1.5 (the curve B in Fig. 3) having maxi-mum values: - 6 mm/m (6 ‰) maximum value for the rail-

roads and - 3 mm/m (3 ‰) minimum value for the rail-

roads, where: l – twist base length of the vehicle 1.3 ≤ 1 ≤ 20 [m] D – track cant [mm] R – track curve radius [m].

Fig. 3. Error levels of single twist values (from zero to peak value) for A and B curves

Rys. 3. Wartość błędów pojedynczych wichrowatości (od zera do wartości szczytowej) dla krzywych A oraz B

4. Metody pomiarowe jakości geometrycznej toru oraz pojedynczych wad W tym przypadku korzysta się z wpływu jakości geo-metrycznej toru oraz pojedynczych wad na dynamikę jazdy. W związku z tym wykorzystuje się pomiar na-stępujących wielkości:

C1 – przyspieszenie pionowe mierzone na maźnicy- w celu wykrycia (detekcji) pojedyn-czych wad na powierzchni tocznej szyn oraz pojedynczych wad geometrii toru C2 – przyspieszenie poprzeczne mierzone na

wózku –w celu wykrycia krótkich fal po-przecznych) C3 – przyspieszenie pudła pojazdu w kierunku

pionowym oraz poprzecznych, w celu wykry-cia tych wad toru, które mają wpływ na wiel-kość wad oraz komfortu jazdy.

Zakres częstotliwości oraz przyspieszeń pomiarowych dla poszczególnych przyspieszeń jest przedstawiony w tablicy 7.

4. Measurement methods of the track geometric quality and single faults In this case, the effect of track geometric quality and individual defects on running dynamics is used. There-fore, the following quantities should be measured:

C1 – vertical acceleration measured on the axle bearing – in order to detect particular faults of the rail running surface and separate track faults; C2 – lateral acceleration measured on the bo-

gie – in order to detect short lateral waves; C3 – vertical and lateral accelerations meas-

ured on the vehicle body – in order to detect the track faults affecting the running comfort.

The ranges of the frequencies and accelerations corre-sponding to particular measurements are specified in Table 7.

Fig. 4. The principle of the track twist measurement where: 1 – the values filtered with a low-pass filter;

2 – track twist; 3 – reference (zero) line.

gdzie: 1– wartości filtrowane za pomocą filtru dolnoprzepusto-wego ; 2 – wichrowatość toru ; 3– linia odniesienia (linia zerowa).

Rys. 4. Zasada pomiarów wichrowatości

32


The principle of the track twist measurement is shown in Fig. 4.

Zasadę pomiarów wichrowatości toru przedstawiono na rys. 4.

L.p. Item

Rodzaj przyspie-szenia

Acceleration cate-gory

Zakres częstotliwości Frequency

range [Hz]

Zakres przyspie-szeń

Acceleration range [m/s2]

Warunki pomiaru Measurement conditions

1. C1 0÷250 ±1000 Prędkość Speed >50 km/h 2. C2 0÷250 ±50 Prędkość na linii z tolerancją

±10 km/h Speed on the track with toler-

ance ±10 km/h

The ranges of measurement parameters for C1, C2 and C3 accelerations Table 7 Zakres parametrów pomiarowych dla przyspieszeń C1, C2 i C3 Tablica 7

Jak wynika z rys. 4 metoda analizy opiera się na po-miarze amplitudy od zera do wartości szczytowej (v1) lub amplitudzie, mierzonej od wartości średniej do wartości szczytowej (v2).

According to Figure 4, the analysis method is based on amplitude measuring from zero to the peak value (v1) or from the mean to peak value (v2).

5. WNIOSKI Na podstawie przedstawionych pojęć lub wartości granicznych można stwierdzić, że dyspozycyjność infrastruktury jest określona przez nowe pojęcia AL, IL oraz IAL. Pojęcia te bazują ściśle na doświadcze-niach zebranych z różnych europejskich zarządów infrastruktury (ang. European Infrastructure Manag-ers”). Tak ścisłe sprecyzowanie jakości geometrycznej toru oraz pojedynczych wad ma za zadanie zwiększe-nie interoperacyjności całej sieci europejskiej, zwięk-szenie jej przepustowości oraz dyspozycyjności. Zale-tą tych przepisów jest ujednolicenie podejścia do geometrii toru oraz zdefiniowanie pojedynczych błę-dów toru dla poszczególnych zarządów infrastruktury. Istotną zaletą norm europejskich, poświęconych jako-ści infrastruktury jest przede wszystkim powiązanie poszczególnych parametrów z bezpieczeństwem jaz-dy, własnościami biegowymi pojazdu oraz dynamiką jazdy. W tym zakresie PN-EN 13848-1:2008 [12] oraz PN-EN 13848-5:2010 [13] wywodzą się raportu ORE/ERRI B55 Rp.8 wydanie 8 [16] oraz PN-EN 14363:2016 [14]. Wzajemne powiązanie przepisów dotyczących jakości infrastruktury i bezpieczeństwa jazdy pojazdu, kom-fortu jazdy oraz oddziaływania tor-pojazd jest istot-nym wkładem w poprawę konkurencyjności transportu szynowego na rynku przewozowym. Ten istotny wkład intelektualny, przedstawiony w obydwu nor-mach europejskich, pozawala na lepsze zrozumienie potrzeb pojazdów szynowych przez zarządy infra-struktury, a także problemów infrastruktury przez producentów pojazdów. Dokumenty te nakładają jed-nak obowiązek przeprowadzenia napraw infrastruktu-ry, przy przekroczeniu wartości granicznych. Wiel-kość błędów na danej linii wpływa na ograniczenia prędkości. Zwraca się uwagę na fakt, że w przypadku linii przystosowanych do wysokich prędkości, kryteria te są bardzo zaostrzone, co wymaga już bardzo po-ważnych nakładów na utrzymanie infrastruktury. Bar-

5. CONCLUSIONS Based on the presented concepts or limit values, it can be found that availability level of the infrastructure is assessed by the new concepts of AL, IL and IAL. These concepts are strictly based on the experience achieved by various European Infrastructure Boards. So rigorous definition of the track geometric quality and particular defects is intended to increase the inter-operability of the entire European network, and to improve its capacity and availability. The advantage of these regulations consists in unification of the ap-proach to track geometry and definition of individual track faults for purposes of particular infrastructure boards. An important advantage of European standards de-voted to the infrastructure quality lies, first of all, in assignment of individual parameters to vehicle run-ning properties, dynamics and safety. In this regard, the standards PN-EN 13848-1: 2008 [12] and PN-EN 13848-5: 2010 [13] stem from the ORE / ERRI B55 Rp.8 report 8 [16] and PN-EN 14363: 2016 [14] stan-dard. The interrelationship between the regulations related to the quality of infrastructure and running safety of the vehicle, the running comfort and the track-vehicle interaction is an important contribution to improving competitiveness of the rail transport on the transport market. This significant intellectual contribution, pre-sented in both European standards, allows better un-derstanding of the rail vehicles needs by the infrastruc-ture management boards, and enables comprehension of infrastructure problems by vehicle manufacturers. These documents, however, impose an obligation to carry out infrastructure repairs, when the limit values are exceeded. The size of the deviations occurring on the considered railway line affects the speed limit. It should be noticed that in case of the lines adapted to high speed, these criteria are very tight, which requires significant expenditure on infrastructure maintenance. It is also very important that such a parameter as e.g.

33


dzo ważnym elementem jest również fakt, że taki parametr jak np. wichrowatość toru jest zależny od długości mierzonego odcinka toru, wartości przechyłki oraz promienia łuku toru.

the track twist depends on the track section length, the track cant and the track curve radius.

6. BIBLIOGRAPHY / BIBLIOGRAFIA

[1] Sobaś M.: Zawieszenia i układy biegowe wagonów towarowych. Wydawca Instytut Pojazdów Szynowych „Tabor”. Poznań 2014

[2] Karta UIC 432. Wagony towarowe. Prędkości jazdy. Warunki techniczne, które należy spełnić. 12-te wyda-nie, 10.2008

[3] Karta UIC 505-1. Pojazdy kolejowe. Skrajnie pojazdów. 10-te wydanie, 05.2006 [4] Karta UIC 505-5. Historia powstania, uzasadnienia i komentarze do opracowania i rozwoju kart UIC 505 i

506 z tematem skrajni kinematycznej. 3-cie wydanie, 08.2010. [5] Karta UIC 510-1. Wagony towarowe. Układ biegowy-Normalizacja. 9-te wydanie, z dnia 1.01.1978. [6] Karta UIC 510-2. Pojazdy doczepne. Warunki dla stosowania kół o różnych średnicach w układach biego-

wych różnego typu. 4-te wydanie, październik 2002, kwiecień 2004. [7] Karta UIC 530-2. Wagony towarowe. Bezpieczeństwo jazdy. 7-dme wydanie, 11.2011 [8] Karta UIC 518. Badania ruchowe i dopuszczeniowe pojazdów szynowych. Bezpieczeństwo jazdy. Obciąże-

nie toru i własności dynamiczne. [9] Karta UIC 519. Metoda określenia stożkowatości ekwiwalentnej. 1-sze wydanie, 12.2004 [10] Karta UIC 700. Klasyfikacja linii kolejowych. Przynależne granice obciążenia wagonów towarowych, 10-

te wydanie 11.2004 [11] Karta UIC 710. Poszerzenie torów na łukach. 3-cie wydanie, 10.2004 [12] PN-EN 13848-1:2008. Kolejnictwo. Tor-Jakość geometryczna toru. Część 1: Charakterystyka geometrii

toru [13] PN-EN 13848-5:2017. Kolejnictwo. Tor. Jakość geometryczna toru. Część 5: Poziomy jakości geometrycz-

nej. Szlaki, rozjazdy i skrzyżowania. [14] PN-EN 14363:2016. Kolejnictwo. Badania i symulacje modelowe właściwości dynamicznych pojazdów

szynowych przed dopuszczeniem do ruchu. Badania właściwości biegowych i próby stacjonarne. [15] PN-EN 15302+A1:2011 Kolejnictwo. Metoda określenia stożkowatości ekwiwalentnej. [16] Raport ORE/ERRI Frage B55 Rp.8. Sicherheit gegen Entgleisen von Güterwagen in Gleisverwindungen.

Utrecht, April 1983 (pol. „Bezpieczeństwo przed wykolejeniem wagonów towarowych podczas jazdy przez tory wichrowate.” Utrecht, kwiecień 1983.

[17] Przepisy D1. Warunki techniczne utrzymania nawierzchni kolejowych. Załącznik do uchwały nr 155 zarzą-du PKP Polskie Linie Kolejowe S.A z dnia 6 czerwca 2002.

[18] Przepisy EBO. Eisenbahn-Bau und Betriebsordnung (EBO) vom 8. Mai. Gültig vom 28 Mai 1967.

34


Uruchomienie hamulca ciernego sterowanego pneumatycznie w poszczególnych wago-nach w składzie pociągu odbywa się za pośrednictwem sygnału pneumatycznego. Inicjo-wany na czole pociągu sygnał, transmitowany w przewodzie głównym pociągu, dociera do kolejnych zaworów rozrządczych, powodując uruchomienie hamulca w kolejnych wagonach. Utrzymanie wymaganej prędkości propagacji tego sygnału możliwe jest dzięki funkcji przyspieszacza, którą realizuje zawór rozrządczy. W artykule opisano autorską ideę budowy przyspieszacza. Przedstawiono wyniki badań doświadczalnych działania przyspieszacza oraz wyniki całopociągowych symulacji kom-puterowych pracy przyspieszacza w pociągu referencyjnym.

mgr inż. Damian Goliwąs dr inż. Marian Kaluba, prof. IPS Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR” prof. dr hab. inż. Tadeusz Piechowiak Politechnika Poznańska

Funkcja przyspieszacza w zaworach rozrządczych

The accelerator function of distributor valves

The pneumatic controlled friction brake is activated in individual cars of the train set by means of a pneumatic signal. The signal initialized at the head of the train, is transmitted in the main brake line and reaches subsequent distributor valves, causing the brake to be activated in subsequent cars. Maintaining the required propagation speed of this signal is possible thanks to the accelerator function performed by the distributor valve. The article describes the original idea of accelerator construction. The results of experimental investigations of the accelerator function and the results of computer simulations of accelerator operation in the whole reference train have been presented.

1. Introduction The pneumatic controlled friction brake system has

been used to provide a high level of safety in rail traf-fic for decades. It is widely used in all rail vehicles, but depending on the rolling stock type, in their brak-ing systems it plays the role of either the primary brake (e.g. freight cars) or a secondary safety brake (e.g. in passenger trains).

In trains driven by the locomotive, it serves as both a service brake and an emergency brake. The service brake is used by the driver to regulate the trainset travel speed, and the emergency brake, operated by the driver and the train’s safety devices, guarantees the rail traffic safety. The emergency brake is used spo-radically in specific situations to ensure travel safety.

In passenger trains with a predefined or permanent composition, it is primarily an emergency brake, be-cause in the modern rolling stock traction units the service brake is always an electrodynamic brake sup-ported by an electro-pneumatic brake.

The main control element of the air brake (onwards referred to as the pneumatic brake) for each train car is a distributor valve. This valve is connected to the main line, together with the control and auxiliary air tanks and the cylinder relay valve, and is responsible for

1. Wprowadzenie Układ hamulca ciernego sterowanego pneumatycz-

nie przez system hamulca zespolonego od dziesiątek lat zapewnia wysoki stopień bezpieczeństwa w ruchu kolejowym. Stosowany jest we wszystkich kolejo-wych pojazdach szynowych, lecz w zależności od rodzaju taboru, w ich systemach hamulcowych pełni albo funkcję hamulca podstawowego (np. wagony towarowe) albo redundantnego hamulca bezpieczeń-stwa (np. w pociągach zespołowych).

W pociągach prowadzonych przez lokomotywę jest on zarówno hamulcem zasadniczym jak i hamulcem awaryjnym. Hamulec zasadniczy używany jest przez maszynistę do regulacji prędkości poruszającego się pociągu, a hamulec awaryjny, obsługiwany przez ma-szynistę i urządzenia bezpieczeństwa ruchu, gwarantu-je bezpieczeństwo ruchu kolejowego. Hamulec awa-ryjny wykorzystywany jest sporadycznie, w incyden-talnych sytuacjach i gwarantuje bezpieczeństwo ruchu kolejowego.

W pociągach zespołowych, o składzie predefinio-wanym lub stałym, jest przede wszystkim hamulcem awaryjnym, gdyż we współczesnym taborze zespołów trakcyjnych, hamulcem zasadniczym jest zawsze ha-mulec elektrodynamiczny wspomagany przez hamulec

35


initiating the pneumatic brake in individual cars. The brake cylinder, filled with compressed air, clamps the friction pair through a lever system to generate a braking force.

The train air brake is controlled using pressure changes in the main line initiated at the head of the train, in the cabin of the car that leads the train. Lowering the pressure in the main line, spreads as pressure waves along the entire train composition, and results in braking. While increasing the pressure in the main line results in the brakes releasing.

The air brake is activated in individual cars in the train set by means of a pneumatic signal.

The pressure drop in the main line initiated at the train head by the driver's valve is transmitted along the train set. This pressure drop takes the form of a longi-tudal pressure wave whose face can reach the speed of sound in the air under given conditions.

The advancing pressure front of the wave reaches the distributor valves of the next cars and initiates the brakes in them, i.e. starts the process of filling the brake cylinders. The effective propagation of the train braking pressure wave is managed by the accelerator of the distributor valve, which maintains its pressure gradient, ensuring that the real velocity of the wave propagation through the train set remains within the subsonic velocity range (not less than 250 m/s).

The finite speed of the braking pressure wave (ini-tiating the train air brakes) causes the back cars to push on the cars in front of them. This results in gen-eration of longitudinal forces, which can cause jerking and may even lead to a loss of train integrity during emergency braking at low initial speeds. The phe-nomenon plays an especially important role in long freight trains. The risk of these effects occurring in short passenger trains is significantly lower.

The aim of the article is to present the original idea of accelerator function and the confirmation of the correctness of the proposed solution through experi-mental tests on a real accelerator as well as full com-puter simulations.

2. Distributor valve accelerator function The International Union of Railways (UIC) defines

the concept of the air brake speed as the speed of the low pressure wave propagation in the train, measured from the moment of initiating the brakes by the driver's valve, until the last car's brake is activated in the train (filling of the brake cylinder with compressed air).

The correspondingly high value of the braking wave propagation speed through the train is reflected in the rapid actuation of the brakes of individual suc-cessive train cars. International requirements stipulate that this speed should be no less than 250 m/s [1] for a train in which all cars are equipped with efficient dis-tributor valves.

elektropneumatyczny. Głównym elementem sterującym hamulca zespolo-

nego (dalej zwanego pneumatycznym) każdego wago-nu pociągu jest zawór rozrządczy, który podłączony do przewodu głównego, razem ze zbiornikami (steru-jącym i pomocniczym) oraz przekładnikiem ciśnienia cylindrowego, odpowiedzialny jest za uruchamianie hamulca pneumatycznego w poszczególnych wago-nach. Cylinder hamulcowy, napełniany sprężonym powietrzem, przez układ dźwigniowy, zaciska parę cierną wytwarzając siłę hamulcową.

Sterowanie hamulcem pneumatycznym pociągu odbywa się przez zmiany ciśnienia w przewodzie głównym inicjowane na czole pociągu, w kabinie ak-tywnej prowadzącej skład pociągu. Obniżanie ciśnie-nie w przewodzie głównym, rozprzestrzenia się falo-wo i ciśnieniowo wzdłuż całego składu pociągu, po-wodując hamowanie. Natomiast podwyższanie ciśnie-nia w przewodzie głównym skutkuje odhamowaniem.

Uruchomienie hamulca ciernego sterowanego pneumatycznie w poszczególnych wagonach w skła-dzie pociągu odbywa się za pośrednictwem sygnału pneumatycznego.

Inicjowany na czole pociągu przez zawór maszyni-sty spadek ciśnienia w przewodzie głównym, transmi-towany jest wzdłuż składu pociągu. Wywołany spadek ciśnienia, przyjmuje postać ciśnieniowej fali rozsze-rzeniowej, której czoło może osiągać prędkość dźwię-ku w powietrzu, w danych warunkach.

Przemieszczające się czoło ciśnieniowej fali roz-rzedzeniowej dociera do zaworów rozrządczych kolej-nych wagonów i inicjuje uruchomienie w nich hamul-ca, tj. rozpoczyna proces napełnianie cylindrów ha-mulcowych. Za skuteczną propagację ciśnieniowej fali hamowania w pociągu odpowiada przyspieszacz za-woru rozrządczego, który podtrzymuje jej gradient ciśnieniowy, zapewniając rzeczywistą prędkość roz-chodzenia się fali hamowania w pociągu z prędkością poddźwiękową (nie mniejszą niż 250 m/s).

Skończona prędkość fali hamowania (uruchamiania się hamulców w składzie pociągu) powoduje nabiega-nie wagonów końcowych na wagony początkowe. Skutkuje to powstaniem sił wzdłużnych, które przy hamowaniach powodują szarpnięcia i powodować mogą nawet utratę integralności składu pociągu pod-czas hamowań nagłych z małych prędkości początko-wych. Zjawisko odgrywa istotną rolę w długich pocią-gach towarowych. Zdecydowanie mniejsze niebezpie-czeństwo wystąpienia ww. skutków istnieje w krótkich pociągach pasażerskich.

Celem artykułu jest przedstawienie autorskiej idei działania przyspieszacza i potwierdzenie skuteczności zaproponowanego rozwiązania badaniami doświad-czalnymi na obiekcie rzeczywistym przyspieszacza oraz całopociągowymi symulacjami komputerowymi.

36


The accelerator function, which is an integral part of the distributor valve, is responsible for maintaining the pressure braking wave propagation speed in the main line.

When the lower pressure waveform with the ap-propriate gradient reaches the distributor valve, the accelerator initiates a temporary release of the air in the main line to the atmosphere thus discharging a portion of the compressed air from the main line.

Activating, i.e. opening the accelerator air release valve, uses a coupling mechanism, and disengaging the accelerator, i.e. closing it, uses a multi-element uncoupling mechanism. Typically, the distributor valves system is composed of springs and a system of articulated joints.

Figure 1 presents the solution of the Oerlikon brake system popular in Poland.

2. Działanie przyspieszacza zaworu rozrządczego Międzynarodowy Związek Kolei UIC definiuje po-

jęcie prędkości fali hamowania rozumianej jako pręd-kość rozprzestrzeniania się w przewodzie głównym pociągu ciśnieniowej fali rozrzedzeniowej, mierzoną od momentu inicjacji hamowania przez zawór maszy-nisty, do momentu uruchomienia się hamulca ostat-niego wagonu w składzie pociągu (napełnienia sprę-żonym powietrzem cylindra hamulcowego).

Odpowiednio duża wartość prędkość rozprzestrze-niania się fali hamowania w pociągu ma odzwiercie-dlenie w szybkim uruchamianiu się hamulców po-szczególnych kolejnych wagonów w pociągu. Mię-dzynarodowe wymagania stanowią, że prędkość ta powinna wynosić minimum 250 m/s [1] dla pociągu, w którym wszystkie wagony są wyposażone w spraw-ne zawory rozrządcze.

Za utrzymanie prędkości rozchodzenia się ciśnie-niowej fali hamowania w przewodzie głównym odpo-wiada funkcja przyspieszacza, który jest integralną częścią zaworu rozrządczego.

Przyspieszacz w momencie dotarcia do zaworu rozrządczego ciśnieniowej fali rozrzedzeniowej o od-powiednim gradiencie ciśnienia, inicjuje chwilowe połączenie przewodu głównego z atmosferą, przez wypuszczenie z przewodu głównego porcji sprężone-go powietrza.

Do uruchomienia, tzn. otwarcia zaworka przyspie-szacza, wykorzystuje się mechanizm sprzęgający, a do wyłączenia przyspieszacza, tzn. do jego zamknięcia, wieloelementowy mechanizm rozprzęgający. Zwykle układ przyspieszacza zaworów rozrządczych jest zło-żony i zbudowany ze sprężyn i układu połączonych ze sobą przegubowo dźwigni.

Na rysunku 1 przedstawiono rozwiązanie popular-nego w Polsce systemu hamulca Oerlikon.

Fig. 1. Illustration of accelerator action of the H1E1b distributor (source: Fablok catalogue)

IV - control valve, V - accelerator, VI - locking valve; colors: blue - main line, yellow - control tank, red - auxiliary tank, green -

brake cylinder

Rys. 1. Ilustracja działanie przyspieszacza zaworu rozrządcze-go H1E1b (źródło: kat. Fablok)

IV – zaworek sterujący, V – przyspieszacz, VI – zaworek blokującykolory: niebieski – przewód główny, żółty – zbiornik sterujący, czerwony – zbiornik pomocniczy, zielony – cylinder

hamulcowy

As a result of lowering the pressure in the main line, the difference of air pressure under the diaphragm (9), which corresponds to the air pressure in the con-trol tank (11), and above the diaphragm, which corre-sponds to the air pressure in the main line (10), the piston raises upwards.

37


The displacement of the piston moves up the toggle lever (32) together with the lever (12), whereby the accelerator valve (13) is opened. The lever, tilting to the side, loses contact with the valve pusher (13), but the air flowing from the main line, thanks to the pres-sure, still maintains the accelerator valve (13) in the open state.

The air from the main line flows quickly into the accelerator chamber (14), thus resulting in the reduc-tion of the pressure in the main line.

After equalizing the pressure in the main line (10) and the accelerator chamber (14), the air flow from the main line to the accelerator chamber stops, and under the pressure of the spring (18) the valve (13) falls on its seat and closes the accelerator. The accelerator chamber (14) is emptied out of the air, which slowly escapes through the throttle opening (15).

A significant reduction of pressure in the chamber above the diaphragm (9) causes the piston to move further up, so that the stem (19) lifts the valve (20) up and the air from the auxiliary tank with a strong jet through the channel (21) flows into the brake cylinder.

The limiting valve chamber has the same air pres-sure as in the brake cylinder (which is made possible by channel 28). As a result, the piston (31) slides to the left and locks the elbow lever (32) so that the knee lever (12) remains in the diagonal position.

The lever remains in this position for as long as the compressed air is located in the brake cylinder, i.e. the accelerator is switched off during the entire braking or stepped braking duration.

When the pressure in the brake cylinder increases enough that the pressure exerted in the chamber of the central control valve on the diaphragm (33) and the pressure of the springs (43) and (40), balances the force caused by the differential pressure of the main and control reservoir on the diaphragm (9), the stem (19) is moved down so that the valve (20) settles on its seat and shuts the air flow. The air stops flowing from the auxiliary tank to the brake cylinder. Thus the first braking stage has been achieved.

When starting the higher stages of braking which means further lowering the pressure in the main line, the previously described operation and operation of the control valve is repeated – the reduced pressure in the main line acting on the diaphragm (9) – means that the pressure in the control reservoir, which remains unchanged, shifts the diaphragm (9) with the stem (19) and the valve (20) upwards and the air from the auxil-iary tank flows back into the brake cylinder.

The accelerator restarts in the final phase of releas-ing the brakes. After the pressure in the brake cylinder drops below 25 kPa, the main line pressure in the con-trol valve chamber (10) shifts the limiting valve (31) to the right and unlocks the elbow lever (32) so that the knee lever (12) changes in its vertical position. In this position, the accelerator can be activated again when braking is restarted.

W skutek obniżania ciśnienia w przewodzie głów-nym, różnica ciśnień pod membraną (9), odpowiadają-ca ciśnieniu powietrza w zbiorniku sterującym (11), i nad membraną, odpowiadająca ciśnieniu powietrza w przewodzie głównym (10), następuje uniesienie tłoka.

Przemieszczenie tłoka przesuwa do góry prowa-dzenie dźwigni kolankowej (32) wraz z dźwignią (12), wskutek czego otwarty zostaje zaworek przyspiesza-cza (13). Dźwignia, przechylając się traci kontakt z popychaczem zaworka (13), jednak powietrze napły-wające z przewodu głównego, dzięki ciśnieniu, nadal utrzymuje zaworek przyspieszacza (13) w stanie otwartym.

Powietrze z przewodu głównego wpływa szybko do komory przyspieszacza (14), dzięki czemu następu-je obniżenie ciśnienia w przewodzie głównym.

Po wyrównaniu się ciśnień w przewodzie głównym (10) i komorze przyspieszacza (14) ustaje dopływ powietrza z przewodu głównego do komory przyspie-szacza, a pod wpływem nacisku sprężyny (18) zawo-rek (13) opada na swe siedzisko i zamyka przyspie-szacz. Następuje opróżnianie z powietrza komory przyspieszacza (14), które powoli uchodzi na zewnątrz przez otwór dławiący (15).

Znaczne obniżenie ciśnienia w komorze nad mem-braną (9) powoduje dalsze przesunięcie się tłoka do góry, wskutek czego trzon (19) unosi zaworek (20) i powietrze ze zbiornika pomocniczego silnym strumie-niem, poprzez kanał (21) wpływa do cylindra hamul-cowego.

Takie samo ciśnienie jak w cylindrze hamulco-wym, panuje również w komorze zaworka ogranicza-jącego (co umożliwia kanał 28). Wskutek tego tłoczek (31) przesuwa się w lewo i zaryglowuje prowadzenie dźwigni kolankowej (32), tak że dźwignia kolankowa (12) pozostaje w położeniu skośnym.

Dźwignia pozostaje w tym położeniu przez czas, w którym znajduje się powietrze sprężone w cylindrze hamulcowym, tzn. przyspieszacz jest wyłączony przez cały czas prowadzenia hamowań lub odhamowań stopniowych.

Gdy ciśnienie w cylindrze hamulcowym wzrośnie na tyle, że nacisk, który wywiera w komorze środko-wej zaworka sterującego na membranę (33) oraz na-cisk sprężyn (43) i (40), równoważy nacisk wywołany różnicą ciśnień przewodu głównego i zbiornika steru-jącego na membranę (9), to trzon (19) przesunięty zostaje w dół na tyle, że zaworek (20) osiada na swym siedzisku i zamyka przelot. Powietrze przestaje prze-pływać ze zbiornika pomocniczego do cylindra ha-mulcowego. Osiągnięty został pierwszy stopień ha-mowania.

Przy rozpoczynaniu hamowania wyższych stopni polegającym na dalszym obniżaniu ciśnienia w prze-wodzie głównym, powtarza się poprzednio opisana czynność i praca zaworka sterującego – obniżone ci-śnienie w przewodzie głównym działające na mem-

38


3. Innovative distributor valve accelerator concept The propagation speed of the air pressure wave, i.e.

the activation of all the car brakes in the train set, is influenced by the distributor valves design, and more specifically the reaction time of the accelerator, which is determined by its design and construction. The pre-sented functional analysis of the Oerlikon distributor valves system accelerator has identified factors that have a significant impact on its operation.

The accelerator reaction time is affected by: - time it takes to create a pressure difference on

the piston between the main line pressure and the pressure in the control tank, which then al-lows to overcome the spring force of the ac-celerator valve and its inertia,

- time to open the accelerator valve (movement of the piston resulting from the pressure dif-ference between the main line and the control tank).

Bearing this in mind a prototype solution for the camshaft valve accelerator was developed as part of the research and development works carried out at the "TABOR" Rail Vehicles Institute. An original, simpli-fied design of the accelerator was proposed, which would guarantee a short accelerator reaction time.

In the accelerator activating/deactivating mecha-nism a simple structural element was used, called a spring bar. The compression rod opens the valve, while the high susceptibility of this bar to bending was used to turn off the accelerator. A notable advantage of the new accelerator design is its very simple con-struction, which should guarantee the stability of its parameters and high operational reliability in long-term operation.

The schematic of the described concept is shown in figure 2. As a result of the upward movement of the piston (3) between the control tank and the pressure in the main line, by the pusher (7), the accelerator valve (2) opens.

branę (9) – powoduje, że ciśnienie w zbiorniku steru-jącym, które pozostało bez zmiany, przesuwa mem-branę (9) wraz z trzonem (19) i zaworkiem (20) do góry i powietrze ze zbiornika pomocniczego znów dopływa do cylindra hamulcowego.

Ponowne włączenie się przyspieszacza następuje w końcowej fazie odhamowywania. Po obniżeniu się ciśnienia w cylindrze hamulcowym poniżej 25 kPa, ciśnienie przewodu głównego w komorze (10) zawor-ka sterującego, przesuwa w prawo tłoczek zaworka ograniczającego (31) i odryglowuje prowadzenie dźwigni kolankowej (32), tak że dźwignia kolankowa (12) przestawia się w swoje pionowe położenie. W tym położeniu przyspieszacz znów może zadziałać przy ponownym rozpoczęciu hamowania.

3. Autorska koncepcja przyspieszacza zaworu roz-rządczego

Na prędkość rozchodzenia się fali hamowania, tzn. uruchomienia wszystkich hamulców wagonów w składzie pociągu, ma wpływ konstrukcja zaworów rozrządczych, a dokładniej rzecz ujmując szybkość działania przyspieszacza, która wynika z jego struktu-ry i idei działania. Przedstawiona analiza funkcjonalna przyspieszacza zaworów rozrządczych systemu Oerli-kon pozwoliła wytypować czynniki mające istotny wpływ na jego pracę.

Na czas zadziałania zaworu rozrządczego ma wpływ: - czas wytworzenia różnicy ciśnień na tłoku porów-

nującym ciśnienie przewodu głównego z ciśnie-niem w zbiorniku sterującym, która umożliwi po-konanie siły sprężyny zaworka przyspieszacza i jego oporów ruchu

- czas do otwarcie zaworka przyspieszacza (ruch tłoka porównującego ciśnienie w przewodzie głównym i zbiorniku sterującym).

Mając powyższe na względzie, w ramach prowa-dzonych w Instytucie Pojazdów Szynowych „TA-BOR” prac badawczo-rozwojowych, opracowano prototypowe rozwiązanie przyspieszacza zaworu roz-rządczego. Zaproponowano oryginalną, uproszczoną konstrukcję przyspieszacza, która ma gwarantować krótki czas zadziałania przyspieszacza.

W mechanizmie włączania/wyłączania przyspie-szacza wykorzystano prosty element konstrukcyjny, jakim jest pręt sprężysty. Ściskany pręt otwiera zawo-rek, natomiast dużą podatność tego pręta na zginanie wykorzystano do wyłączenia działania przyspieszacza. Niebagatelną zaletą nowej konstrukcji przyspieszacza jest jego bardzo prosta budowa, która gwarantować powinna niezmienność jego parametrów i dużą nieza-wodność działania w długim okresie czasu eksploata-cji.

Rozwiązanie koncepcji pokazano na rysunku 2. Na skutek ruchu do góry tłoka porównawczego (3), po-równującego ciśnienie zbiornika sterującego z ciśnie-niem w przewodzie głównym, przez popychacz (7),

Fig. 2. Accelerator operation design 1 – switch, 2 – valve, 3 – piston, 4 – hollow bar, 5 – piston, 6 –

39


następuje otwarcie zaworka (2) przyspieszacza. hollow bar, 7 – lever, 8 – valve, 9 – chamber, 10 – spring, 11 – spring, 12 – chamber, 13 – groove, 14 – choker, 15 – chamber, 16 – spring, 17 – choker

Rys. 2. Koncepcja działania przyspieszacza 1 – wyłącznik, 2 – zaworek, 3 – tłok, 4 – trzon drążony, 5 – tłok, 6 – trzon drążony, 7 – popychacz, 8 – zaworek, 9 – komora, 10 – sprężyna, 11 – sprężyna, 12 – komora, 13 – rowek, 14 – element dławiący, 15 – komora, 16 – sprężyna, 17 – element dławiący

Poprzez mechanicznie otwarty zaworek przyspie-szacza (2) realizowany jest napływ sprężonego powie-trza do komory (9) z przewodu głównego i dalej przez element dławiący (17) do atmosfery.

Zamknięcie zaworka przyspieszacza (2) następuje na skutek takiej wartości ciśnienia w komorze (15) zasilanej z komory (12) poprzez element dławiący (14), które oddziałując na wyłącznik (1) przyspiesza-cza, odkształci sprężyście popychacz (7) tak, że znaj-dzie się on w rowku (13) w tłoku (3) trzona dolnego, rozprzęgając tym samym zaworek (2) przyspieszacza z segmentem dolnym. Wówczas siła sprężyny (16) zamyka zaworek (2) przyspieszacza.

Powrót do pierwotnego położenia zaworka (2) przyspieszacza, z wyprostowanym popychaczem (7) i zamkniętym zaworkiem (2), jest możliwy w przypad-ku powrotu do nominalnej wartości ciśnienia w prze-wodzie głównym.

Oryginalna konstrukcja przyspieszacza składa się z zaworka (2) wyposażonego w popychacz (7) w postaci sprężystego pręta. Wyłącznik (1) przyspieszacza od-działując na popychacz (7) odkształca go sprężyście umożliwiając zamknięcie się zaworka (2) przyspiesza-cza pod wpływem działania siły sprężyny (16).

4. Wyniki z badań działania oryginalnego przyspie-szacza na obiekcie rzeczywistym

Walidację proponowanej konstrukcji przyspiesza-cza prowadzono w dwóch etapach. Pierwszy dotyczył badań eksperymentalnych, w których rejestrowano przebiegi ciśnień pojedynczego zaworu rozrządczego systemu Oerlikon wyposażonego w autorski przyspie-szacz. W drugim etapie, w oparciu o metodę symulacji komputerowej, sprawdzono skuteczność działania tego przyspieszacza w składzie pociągu.

Rysunek 3 ilustruje moment zadziałania przyspie-szacza pojedynczego zaworu rozrządczego. Widoczny jest impuls ciśnienia, które dopływa do komory przy-spieszacza i po chwili wypływa z niej do atmosfery. Jest to ilość sprężonego powietrza, którą przyspieszacz dodatkowo wypuszcza z przewodu głównego, by pod-trzymać falę hamowania w pociągu.

Through the mechanically open accelerator valve (2), the compressed air flows into the chamber (9) from the main line and through the choker (17) out into the atmosphere.

The closing of the accelerator valve (2) occurs as a result of the pressure in the chamber (15) supplied from the chamber (12) through the choker (14), which acts on the accelerator switch (1), elastically deforms the spring bar (7) so that it is pushed into the groove (13) in the piston (3) of the lower shank, uncoupling the valve (2) of the accelerator from the lower section. Then, the spring force (16) closes the accelerator valve (2) shut.

Return of the accelerator valve to its original posi-tion (2), with the straightened spring bar (7) and the closed valve (2), is possible when returning to the nominal pressure value in the main line.

The original design of the accelerator consists of a valve (2) equipped with a pusher (7) in the form of a spring bar. The accelerator switch (1) acting on the spring bar (7) deforms it elastically allowing the ac-celerator valve (2) to close under the influence of the spring force (16).

4. Results from the accelerator operation tests on a real test object

The validation of the proposed accelerator con-struction was performed in two stages. The first stage concerned experimental investigations, in which the pressure characteristics of a single distributor valve of the Oerlikon system equipped with a new accelerator type were recorded. In the second stage, the effective-ness of this accelerator in the train set was tested based on the computer simulation method.

Figure 3 illustrates the accelerator activation mo-ment of a single distributor valve. A pressure impulse is visible, which flows into the accelerator chamber and after a while flows out of it into the atmosphere. It is the amount of compressed air that the accelerator additionally releases from the main line to stabilize the pressure wave in the train set.

Fig. 3. Graph showing the moment of the distributor valve ac-celerator activating

Colors: red - pressure in the accelerator chamber, blue - pres-sure in the main line, green - cylinder pressure, orange - pressure

in the control tank

Rys. 3. Ilustracja momentu zadziałania przyspieszacza za-woru rozrządczego

Kolory: czerwony - ciśnienie w komorze przyspieszacza, niebieski - ciśnienie w przewodzie głównym, zielony - ciśnienie w cylindrze, pomarańczowy - ciśnienie w zbiorniku sterującym

40


Dodatkowo, żeby poznać skuteczność działania, zmierzono czas reakcji przyspieszacza na różne spadki ciśnień w przewodzie głównym. Na rysunku 4 poka-zano charakterystykę przyspieszacza. Wykorzystując dysze o różnych przekrojach uzyskano poszczególne tempa spadku ciśnienia w przewodzie głównym. Gra-dienty te, za wyjątkiem gradientu 9,5 kPa/s, który odpowiada hamowaniu pełnemu realizowanemu przez ten zawór rozrządczy, mogą wystąpić w pociągu za wagonami przewodowymi (bez zaworów rozrząd-czych). Na rysunku 4, ze względu na czytelność cha-rakterystyki, nie podano uzyskanej wartości czasu reakcji uzyskanej dla hamowania awaryjnego (nagłe-go), które wyniosło 0,1 s (dla tempa spadku 130 kPa/s).

Additionally, in order to determine the operation effectiveness of the proposed solution, the accelerator reaction time was measured for various pressure drop values in the main line. Figure 4 shows the accelerator characteristics. Using nozzles of different cross-sections, individual pressure drop rates in the main line were observed. These gradients can occur on the train behind intermediate cars (without distributor valves), with the exception of the 9.5 kPa/s gradient, which corresponds to the full braking performed by the distributor valve. In Figure 4, to ensure the read-ability of the characteristic, the reaction time value obtained for emergency (sudden) braking, which amounted to 0.1 s (for a pressure drop rate of 130 kPa/s), was not shown.

Fig. 4. Accelerator reaction characteristics Rys. 4. Charakterystyka szybkości działania przyspieszacza

5. Wyniki badań symulacyjnych Dla potwierdzenie prawidłowości zaproponowane-

go rozwiązania opracowano model obliczeniowy au-torskiej koncepcji przyspieszacza zaworu rozrządcze-go i przeprowadzono symulacje komputerowe.

W tym celu wykorzystano numeryczną metodę symulacji układów hamulcowych opracowaną przez współautora. Jest to metoda dedykowana dla układów hamulcowych, wielokrotnie wykorzystywana w pra-cach [2, 3].

Model obliczeniowy użyty w symulacjach oparto na rzeczywistym projekcie układu pneumatycznego (przewód główny) jaki został zaprojektowany przez Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR” dla jednej z modernizacji e.z.t. EN57. Uwzględnia on parametry działania autorskiej koncepcji przyspieszacza. W dal-szej części przedstawiono uzyskane wyniki z symula-cji komputerowej modelującej działanie zaworu roz-rządczego wyposażonego z oryginalny przyspieszacz, gdzie „p cyl” to ciśnienie cylindra hamulcowego, a „p PG” to ciśnienie w przewodzie głównym przy za-worze rozrządczym. Na kolejnych rysunkach pokaza-no przebiegi ciśnień w pociągu dla wagonów (de facto zaworów rozrządczych) nr 1, 3, 6, 9, 12.

Na rysunku 5 pokazano przebieg hamowania służ-bowego pełnego w składzie pociągu złożonego z czte-rech zespołów trakcyjnych typu EN57.

5. Simulation test results In order to confirm the validity of the proposed so-

lution, a computational model of the author's concept of the distributor valve accelerator was developed and computer simulations were performed.

For this purpose, a numerical method of brake sys-tem simulations developed by a co-author was used. It is a method dedicated for the use in brake systems simulation, repeatedly used before [2, 3].

The calculation model used in the simulations was based on the actual design of the pneumatic system (main line) which was designed by the Rail Vehicles Institute "TABOR" for one of the modernization of EMU EN57 and takes the parameters of the author's accelerator concept into account. The computer simu-lation modeling results of the operation of a distributor valve equipped with an novel accelerator design are presented below. The label "p cyl" is the brake cylin-der pressure, and "p PG" is the pressure in the main line at the distributor valve. The following figures show the pressure characteristics for different cars of the train set (de facto distributor valves) No. 1, 3, 6, 9, 12.

Figure 5 shows the process of coming to a full stop using a service brake in a train composed of four type EN57traction units.

In subsequent tests, first-degree braking was per-formed. This test corresponds to the conditions for measuring the train's pressure wave when braking in

W kolejnych testach wykonano hamowanie 1-go stopnia. Próba ta odpowiada warunkom pomiaru fali hamowania w pociągu wg [1].

Na rysunku 6 pokazano wyniki uzyskane dla zawo-ru rozrządczego z proponowanym przyspieszaczem w referencyjnym pociągu. Uzyskano prędkość fali ha-mowania ponad 260 m/s. Wartość prędkości fali ha-mowania potwierdza spełnienie wymaganego kryte-rium dotyczącego jej szybkości propagacji w pociągu.

Na rysunku 7 pokazano wyniki uzyskane dla zawo-ru rozrządczego z proponowanym przyspieszaczem w referencyjnym pociągu, w którym wyłączono hamulec pneumatyczny w drugim od czoła pociągu e.z.t., tj. odłączono hamulec pneumatyczny w wagonie nr 4, 5, 6. Uzyskano prędkość fali hamowania ok. 160 m/s.

41


accordance with [1]. Figure 6 shows the results obtained for the distribu-

tor valve with the proposed accelerator in the refer-ence train. The brakes pressure wave propagation speed was over 260 m/s. The value of the pressure wave speed confirms that the required criterion regard-ing its propagation speed on the tested train is met.

Figure 7 shows the results obtained for the distribu-tor valve with the proposed accelerator in the refer-ence train, in which the air brake in the second from the front EMU train was switched off, i.e. the air brake was disconnected for the cars No. 4, 5, 6. The braking air pressure wave propagation speed obtained was approx. 160 m/s. The pressure wave reached the last train car, causing it to brake normally. The lower speed of the braking wave propagation results from the smaller pressure gradient in the main pipe, reach-ing the next distribution valves, located behind the cars with the brakes off.

These tests prove the correct operation of the newly developed accelerator, which releases a sufficiently large amount of air from the main line, enabling the brake to be activated in successive cars, even in the situation where some of the train cars have inactive brakes.

For comparison, figures 8 and 9 show the results obtained for a standard Oerlikon valve.

Fala hamowania dotarła do ostatniego wagonu w pociągu wywołując jego normalne hamowanie. Niższa prędkość fali hamowania wynika z mniejszego gra-dientu ciśnienia w przewodzie głównym, docierają-cym do kolejnych zaworów rozrządczych, znajdują-cych się za wagonami z wyłączonym hamulcem.

Próby te dowodzą prawidłowości działania nowo-opracowanego przyspieszacza, który wypuszcza od-powiednio dużą ilość powietrza z przewodu głównego, umożliwiającą uruchomienie hamulca w kolejnych wagonach, nawet w sytuacji istnienia wagonów prze-wodowych w pociągu.

Dla porównania na rysunku 8 i 9 pokazano wyniki otrzymane dla standardowego zaworu Oerlikona.

Wartości prędkości fali hamowania uzyskane dla zaworów rozrządczych z typowym przyspieszaczem, wynoszą dla takich samych prób, odpowiednio 250 m/s i 160 m/s.

Z porównania uzyskanych rezultatów wynika, że zawory rozrządcze z autorskim przyspieszaczem dzia-łają szybciej, niż te wyposażone w typowy przyspie-szacz. Potwierdza to uzyskana większa prędkość fali hamowania otrzymana w badaniach symulacji kompu-terowej w referencyjnym pociągu.

The values obtained for the distributor valves with a typical accelerator are equal to 250 m/s and 160 m/s for the same tests.

The comparison of the obtained results shows that distributor valves with the new accelerator operate faster than those equipped with a standard accelerator. This is confirmed by the higher braking pressure wave propagation speed obtained in the computer simulation tests in the reference train.

Fig. 5. Pressure characteristics in the train set – service brakes, full stop.

Fig. 6. Train set brake line pressure characteristics –1st brake stage

Rys. 5. Przebieg ciśnień w składzie pociągu - hamowanie służbowe pełne

Rys. 6. Przebieg ciśnień w składzie pociągu –1-szy stopień hamowania

42


Rys. 7. Przebieg ciśnień w składzie pociągu z wyłączonym drugim ezt –1-szy stopień hamowania

Rys. 8. Przebieg ciśnień w składzie pociągu –1-szy stopień hamowania (system Oerlikon).

Rys. 9. Przebieg ciśnień w składzie pociągu z wyłączonym drugim e.z.t. –1-szy stopień hamowania (system Oerlikon).

Fig. 7. Train set pressure characteristic with the second EMU brakes inactive – 1st brake stage

Fig. 8. Train set pressure characteristic – 1st brake stage (Oerlikon system).

Fig. 9. Train set pressure characteristic with the second EMU brakes inactive – 1st brake stage (Oerlikon system).

6. Conclusions The analysis of the influence of various factors on the

distributor valve operation has made it possible to isolate and select the ones that have a direct impact on the air brakes response speed. Based on these factors, the novel, very simple design concept of the distributor valve accelera-tor was proposed.

The validation tests of the proposed accelerator solution, performed on the reference train, showed a higher speed of the braking pressure wave propagation compared to the solution used in the Oerlikon system. The same outcome was also observed in the braking test with the distributor valves in three consecutive train cars of the reference train inactive. The obtained results confirm the effectiveness of the adopted accelerator construction concept and may be used in further research and development of air brake sys-tems.

6. Podsumowanie Analiza wpływu różnych czynników na działanie zawo-

ru rozrządczego umożliwiła wytypowanie tych, które mają bezpośredni wpływ na szybkość zadziałania. W oparciu o te parametry została zaproponowana oryginalna, bardzo pro-sta, koncepcja budowy przyspieszacza zaworu rozrządcze-go.

Przeprowadzona walidacja proponowanego rozwiązania przyspieszacza, przeprowadzona na referencyjnym pociągu, wykazała uzyskanie większej prędkość fali hamowania w porównaniu z rozwiązaniem stosowanym w systemie Oerli-kon. Prawidłowość tą uzyskano również w próbie hamowa-nia z wyłączonymi trzema kolejnymi zaworami rozrząd-czymi w referencyjnym pociągu. Otrzymane wyniki po-twierdzają słuszność przyjętej koncepcji budowy przyspie-szacza i mogą być wykorzystane w dalszych pracach ba-dawczo-rozwojowych aparatury hamulcowej.

43



[1] EN 15355:2008+A1, Railway applications – Braking – Distributor valves and distributor-isolating devices.

[2] Piechowiak T.: Pneumatic train brake simulation method. Vehicle System Dynamics, V. 47, Issue 12, De cember 2009, pp. 1473 – 1492.

[3] Piechowiak T.: Verification of the pneumatic railway brake models. Vehicle System Dynamics, Volume 48, Issue 3, March 2010 , pp. 283 – 299.

44


Operating authorization and certification of the vehicles under the regulations of the Fourth Railway Package

mgr inż. Małgorzata Magnucka-Blandzi dr inż. Rafał Cichy Instytut Pojazdów Szynowych „TABOR”

W artykule zawarto informacje dotyczące dokumentów związanych z IV Pakietem Kole-jowym, zmian w dyrektywach i rozporządzeniach oraz zagrożeń związanych z wdroże-niem pakietu. Niniejszy artykuł jest częścią opracowania zawierającego opis zmian, które wprowadzi pakiet. W pierwszej części artykułu został opisany czwarty pakiet kolejowy wraz z krótką charak-terystyką założeń trzech poprzednich pakietów. W kolejnej części zostały opisane doku-menty powiązane z pakietem wraz ze zmianami wynikającymi z wdrożenia czwartego pakietu kolejowego. W ostatniej części artykułu zwrócono uwagę na zagrożenia, a także przedstawiono zasady dopuszczania do eksploatacji, zwyczajowo zwanego homologacją oraz certyfikacji.

The paper includes information on the documents related to the 4th Railway Package, the changes in directives and regulations and the threats caused by implementation of the package. The present paper makes a part of the study devoted to the changes to be introduced by the package. The first part of the paper provides description of the Fourth Railway Package, inclusive of a brief characteristics of the assumptions of the three previous packages. The next part describes the documents related to the package along with the changes resulting from implementation of the Fourth Railway Package. In the last part of the paper, attention was paid to the risks and rules of putting the vehicles into service, commonly known as homologation and certification.

Dopuszczenie do eksploatacji oraz certyfikacja pojazdów w świetle IV Pakietu Kolejowego

1. Wprowadzenie W artykule przedstawiono założenia IV Pakietu Kole-jowego, regulacje prawne obowiązujące obecnie oraz omówiono szczegółowo projekt pakietu (cel, opis i podział). Przeprowadzono analizę zmian oraz zagro-żeń związanych z wdrożeniem IV Pakietu Kolejowe-go na podstawie niżej wymienionych dokumentów normatywnych, związanych z pakietem:

- Dyrektywa 2016/798 (Bezpieczeństwo systemu kolejowego)

- Dyrektywa 2016/797 (Interoperacyjność sys-temu kolei)

- Rozporządzenie 2016/796 (Agencja Kolejowa UE)

- Uchylenie Rozporządzenia 1192/69 (Normali-zacja rachunkowości)

- Zmiana Rozporządzenia 1370/2007 (Otwarcie rynku pasażerskiego) oraz

- Zmiana Dyrektywy 2012/34 (Jednolity Euro-pejski Obszar Kolejowy).

1. Introduction The paper presents the assumptions of the 4th Railway Package, legal regulations currently in force and de-tailed discussion of the package project (purpose, description and division). The analysis of changes and threats related to implementation of the 4th Railway Package was carried out based on the following normative documents related to the package:

− Directive 2016/798 (Safety of the railway system);

− Directive 2016/797 (Interoperability of the railway system);

− Regulation 2016/796 (EU Railway Agency); − Repeal of the regulation 1192/69 (Normaliza-

tion of accounting); − Amendment of the Regulation 1370/2007

(Opening of the passenger market); and − Amendment of the Directive 2012/34 (Single

European Railway Area).

45


Scharakteryzowano i przedstawiono zasady dopusz-czania do eksploatacji oraz certyfikacji według Dyrek-tywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/57/WE z dnia 17 czerwca 2008 r. w sprawie interoperacyjności systemu kolei we wspólnocie.

2. Pierwsze pakiety kolejowe Mimo obszernych i szczegółowych regulacji, narzuca-jących zasady funkcjonowania wspólnego rynku kole-jowego, okazuje się, że proces ich implementacji przebiega znacznie wolniej i z większymi oporami niż zakładano. Uzyskane efekty, w postaci zmienionej struktury podmiotowej rynku i wielkości przewozów kolejami również odbiegają od oczekiwanych. Komi-sja Europejska, mimo to w pełni podtrzymuje wybra-ną drogę przekształceń kolei, a dokończenie procesu budowy wspólnego, jednolitego rynku kolejowego stanowi jeden z głównych celów europejskiej polityki transportowej na obecną dekadę. W celu doprecyzo-wania reguł funkcjonowania europejskiej polityki transportowej ustanowiono Pierwszy pakiet kolejowy, który został przyjęty w roku 2001. W ramach pierw-szego pakietu kolejowego wprowadzono następujące regulacje prawne:

The principles of operating authorization and certification have been characterized and presented, in accordance with the Directive 2008/57/EC of 17 June 2008 issued by the European Parliament and the Council, on the interoperability of the rail system in the community.

2. The first Railway Packages Despite extensive and detailed regulations imposing the rules of the common rail market, it turns out that the process of their implementation takes place with many difficulties and is much slower than expected. The effects obtained, namely the change in the structure of the market and the volume of rail transport, also depart from the expected ones. Nevertheless, the European Commission remains fully committed to the chosen path of railway transformation and, at the same time, development of a common, single rail market is one of the main objectives of European transport policy for the present decade. In order to clarify the rules for operation of the European transport policy, the First Railway Package was established and adopted in 2001. Under the First Railway Package, the following legal regulations have been issued:

− Directive 2001/12/WE − Directive 2001/13/WE − Directive 2001/14/WE − Directive 2001/16/WE

The main recommendations of the above legal acts were:

− availability of the segregated TERFN (Trans European Rail Freight Network) network for international freight transport;

− organizational separation of infrastructure management entities and the ones engaged in transportation;

− a license valid in the whole EU instead of a concession;

− the rolling stock and its crew are required to hold safety certificates;

− principles for allocation of infrastructure routes;

− principles of charging for access to the network;

− appointment of an independent railway regulatory institution;

− establishing the rules for implementation of interoperability of the conventional rail system, with regard to the design, construction, handling and operation [3].

- Dyrektywa 2001/12/WE - Dyrektywa 2001/13/WE - Dyrektywa 2001/14/WE - Dyrektywa 2001/16/WE

In April 2004 the Second Railway Package [4] has been adopted, the legal acts of which were aimed, among others, at:

− full opening of the rail market for the freight transport;

Głównymi zaleceniami ww. aktów prawnych były: - dostęp do wydzielonej sieci TERFN (Trans

European Rail Freight Network) dla między-narodowych przewozów towarowych

- rozdzielenie organizacyjne jednostek zarzą-dzających infrastrukturą i wykonujących przewozy

- licencja zamiast koncesji z ważnością na całą UE

- wymóg posiadania certyfikatu bezpieczeństwa dla taboru i dla załogi

- zasady przydziału tras infrastruktury - zasady naliczania opłat za dostęp do sieci - powołanie niezależnej instytucji regulatora

kolei - ustanowienie zasad wdrożenia interoperacyj-

ności systemu kolei konwencjonalnych, w od-niesieniu do projektowania, konstrukcji, ob-sługi i eksploatacji

W kwietniu 2004 r. przyjęto Drugi pakiet kolejowy, którego akty prawne miały na celu m. in.:

- pełne otwarcie rynku kolejowego dla przewo-zów towarowych

- usunięcie przeszkód występujących w trans-granicznych usługach kolejowych

- utworzenie Europejskiej Agencji Kolejowej (ERA), jako technicznego wsparcia dla intero-peracyjności i bezpieczeństwa kolei

46


− removing obstacles in cross-border rail services;

− establishment of the European Railway Agency (ERA) providing technical support for railway interoperability and safety;

− establishment of common safety rules for the rail transport with a view to increase the safety level.

Under the aforementioned package the following legal regulations have been implemented:

− Directive 2004/49/WE − Directive 2004/50/WE − Directive 2004/51/WE − Regulation (WE) No 881/2004

In December 2007 the Third Railway Package appeared, consisting of three normative documents:

− Directive 2007/58/WE − Directive 2007/59/WE − Regulation 1370/2007/WE

The main objective of the package was aimed at improving the quality of services provided in the field of rail transport.

3. The Fourth Railway Package 3.1. Introductory remarks The fourth railway package is a set of six legislative documents designed with a view to complement the single market of the rail services (a single European railway area) composed of two pillars: the technical and economic ones. The package includes the follow-ing normative documents:

− Regulation nr 2016/796 − Directive 2016/797 − Directive 2016/798 − Regulation nr 2016/2338 − Directive 2016/2370 oraz − Regulation nr 2016/2337,

described in detail under paragraph 4. The proposals of the Fourth Railway Package have specific objectives. Implementation of the package is aimed, among others, at reducing the costs incurred by the railway companies existing on the market, and facilitating market entry for new players. In addition, the role of infrastructure managers should be strengthened in result of independence (financial and/or operational) from the train operators. The managers will also be able to control the areas of the network center – the timetable or maintenance. In addition, from December 2019, the domestic railways will be open for new entities and services. This shall improve the opportunity to offer a railway service on a given route or to apply for public procurement by tender. The changes are aimed at removing the remaining barriers impeding creation of a uniform European rail market, promoting competitiveness and innovation in domestic passenger markets. The final result of the

- ustanowienie wspólnych zasad bezpieczeń-stwa w transporcie kolejowym w celu podnie-sienia poziomu tego bezpieczeństwa.

W ramach ww. pakietu wprowadzono następujące regulacje prawne:

- Dyrektywa 2004/49/WE - Dyrektywa 2004/50/WE - Dyrektywa 2004/51/WE oraz - Rozporządzenie (WE) nr 881/2004.

W grudniu 2007 r. pojawił się Trzeci pakiet kolejowy, który składał się z trzech dokumentów normatyw-nych:

- Dyrektywy 2007/58/WE - Dyrektywy 2007/59/WE oraz - Rozporządzenia 1370/2007/WE.

Głównym celem ustanowienia pakietu było podnie-sienie jakości świadczonych usług w kontekście transportu kolejowego.

3. Czwarty Pakiet Kolejowy 3.1. Uwagi wstępne Czwarty pakiet kolejowy to zestaw sześciu dokumen-tów legislacyjnych opracowanych w celu uzupełnienia jednolitego rynku usług kolejowych (jednolitego eu-ropejskiego obszaru kolejowego) składającego się z dwóch filarów: technicznego oraz ekonomicznego. W skład pakietu wchodzą dokumenty normatywne:

- Rozporządzenie nr 2016/796 - Dyrektywa 2016/797 - Dyrektywa 2016/798 - Rozporządzenie nr 2016/2338 - Dyrektywa 2016/2370 oraz - Rozporządzenie nr 2016/2337,

które zostały szczegółowo opisane w punkcie 4. Propozycje zawarte w Czwartym pakiecie kolejowym mają konkretne cele. Między innymi celem wdrożenia pakietu jest zmniejszenie kosztów ponoszonych przez istniejące na rynku przedsiębiorstwa kolejowe, a no-wym podmiotom ułatwienie wejścia na rynek. Ponad-to rola zarządców infrastruktury powinna się umocnić w ramach niezależności (finansowej i/lub operacyjnej) od operatorów pociągów. Zarządcy będą mogli rów-nież kontrolować obszary centrum sieci – rozkład jazdy czy konserwację. Dodatkowo, od grudnia 2019 roku, będzie możliwe otwarcie krajowych kolei dla nowych podmiotów i usług, co wiąże się z większą możliwością zaoferowania np. usługi kolejowej na określonej trasie lub ubiegania się o zamówienia pu-bliczne drogą przetargu. Zmiany mają na celu usunięcie pozostałych barier w tworzeniu jednolitego europejskiego rynku kolejowe-go, wspieranie konkurencyjności i innowacji na kra-jowych rynkach pasażerskich. Końcowym rezultatem wdrożenia pakietu powinien być przede wszystkim wyższy poziom bezpieczeństwa, interoperacyjności, ale także niezawodności w europejskiej sieci kolejo-wej.

47


package implementation should be, first of all, a higher level of security, interoperability, and also reliability in the European rail network.

3.2. Technological Pillar The technical pillar includes interoperability, safety authorization, the certification of track-side ERTMS equipment, but also the limitation of national regulations and increased role of the Agency (ERA) with respect to licensing and certification policy. The following documents are related to the technical pillar:

− Regulation No 2016/796 of the European Parliament and of the EU Council of May 11, 2016 on the European Railway Agency and the repeal of Regulation (EC) No 881/2004;

− Directive of the European Parliament and of the EU Council No 2016/797 of May 11, 2016. on the interoperability of the rail system in the European Union;

− Directive of the European Parliament and of the EU Council No 2016/798 of May 11, 2016. on railway safety.

3.3. Economic Pillar The economic pillar (also called the market one) is linked to the opening of the market to passenger transport services, infrastructure management and accounting normalization. The following documents relate to the economic pillar:

− Regulation No 2016/2338 of the European Parliament and of the EU Council of December 14, 2016 amending the EC Regulation No 1370/2007 related to the opening of the market in domestic passenger transport services by rail;

− Directive of the European Parliament and of the EU Council No 2016/2370 of December 14, 2016 amending the Directive 2012/34/EU related to the opening of the market for domestic rail passenger services and the management of railway infrastructure;

− Regulation No 2016/2337 of the European Parliament and of the EU Council of December 14, 2016 repealing the EEC Council Regulation No. 1192/69 on common rules normalizing the accounting of the railway companies.

4. Normative documents related to the 4th Railway Package 4.1. Regulation of the European Parliament and of the EU Council No 2016/796 The Regulation No 2016/796 of the European Parliament and of the EU Council of May 11, 2016 on the European Railway Agency and the repeal of Regulation (EC) No 881/2004 establishes the

3.2. Filar techniczny Filar techniczny dotyczy interoperacyjności, autoryza-cji w zakresie bezpieczeństwa, certyfikacji przytoro-wych urządzeń ERTMS, ale także ograniczenia kra-jowych przepisów i zwiększonej roli Agencji (ERA) w zakresie wydawania zezwoleń i certyfikacji. Do filaru technicznego odnoszą się następujące dokumen-ty:

- Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 2016/796 z dnia 11 maja 2016 r. w sprawie Agencji Kolejowej Unii Europejskiej i uchylenia rozporządzenia (WE) nr 881/2004;

- Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/797 z dnia 11 maja 2016 r. w spra-wie interoperacyjności systemu kolei w Unii Europejskiej;

- Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/798 z dnia 11 maja 2016 r. w spra-wie bezpieczeństwa kolei.

3.3. Filar ekonomiczny Filar ekonomiczny (zwany także rynkowym) dotyczy otwarcia rynku na usługi transportu pasażerskiego, zarządzania infrastrukturą, a także normalizacji ra-chunkowości. Do filaru ekonomicznego odnoszą się następujące dokumenty:

– Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 2016/2338 z dnia 14 grudnia 2016 r. zmieniające rozporządzenie (WE) nr 1370/2007 w odniesieniu do otwarcia rynku krajowych usług kolejowego transportu pasa-żerskiego;

– Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/2370 z dnia 14 grudnia 2016 r. zmieniająca dyrektywę 2012/34/UE w odniesie-niu do otwarcia rynku krajowych kolejowych przewozów pasażerskich oraz zarządzania infra-strukturą kolejową;

– Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 2016/2337 z dnia 14 grudnia 2016 r. uchylające rozporządzenie Rady (EWG) nr 1192/69 w sprawie wspólnych zasad normalizu-jących rachunkowość przedsiębiorstw kolejo-wych.

4. Dokumenty normatywne związane z IV Pakie-tem Kolejowym

4.1. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 2016/796 Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 2016/796 z dnia 11 maja 2016 r. w sprawie Agencji Kolejowej Unii Europejskiej i uchylenia roz-porządzenia (WE) nr 881/20014 ustanawia Agencję Kolejową Unii Europejskiej (zwaną również Agencją) wraz z określeniem zakresu działań Agencji, a także określenie zadań dla państw członkowskich Unii Eu-ropejskiej. Rozporządzenie to ma na celu wspieranie tworzenia jednolitego europejskiego obszaru kolejo-wego, a w szczególności interoperacyjności w ramach

48


European Railway Agency (also known as the Agency), defines the scope of the Agency activities, as well as the tasks of the European Union Member States. This regulation is aimed at supporting the creation of a single European railway area, and in particular, ensuring the interoperability within the European Union rail system, the safety of the European Union rail system and the certification of train drivers - Directive 2007/59/EC.

4.2. Directive of the European Parliament and of the EU Council No 2016/797 The Directive of the European Parliament and of the EU Council No 2016/797 of May 11, 2016. on the interoperability of the rail system in the European Union defines the conditions whose fulfillment leads to achieving interoperability within the European Union rail system. Such conditions include, among others, the design, construction, renewal or modernization of the infrastructure, professional qualifications or health requirements of the staff. The objective of the above conditions consists, first of all, in the development and improvement of rail transport services, as well as the definition of the optimal level of technological harmonization and promotion of the rail market unification. The Directive lays down the rules on interoperability constituents, interfaces, procedures and conditions necessary to ensure the compliance of the entire European Union rail system required to achieve the interoperability.

4.3. Directive of the European Parliament and of the EU Council No 2016/798 The Directive of the European Parliament and of the EU Council No 2016/798 of May 11, 2016.on railway safety specifies the provisions required with a view to ensure the development and improvement of the system security and to improve access to the rail market for the transport services. The above mentioned goals can be achieved, among others, through:

− harmonizing the regulatory structure in the Member States:

− determination of responsibility of the operators; − development of common safety requirements

and methods for safety assessment, and − defining common principles of safety

management and revocation or limitation of the security certificates.

The directive covers safety requirements for the entire system (structural and functional subsystems) without the exclusion of infrastructure management, train traffic, cooperation between the companies and other operators of the European Union rail system. 4.4 Regulation of the European Parliament and of the EU Council No 2016/2338 The Regulation of the European Parliament and of the EU Council No 2016/2338 of December 14, 2016

systemu kolei Unii Europejskiej, bezpieczeństwa systemu kolei Unii Europejskiej oraz przyznawania uprawnień maszynistom – Dyrektywa 2007/59/WE.

4.2. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/797 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/797 z dnia 11 maja 2016 r. w sprawie interope-racyjności systemu kolei w Unii Europejskiej określa warunki, których spełnienie prowadzi do osiągnięcia interoperacyjności w obrębie systemu kolei w Unii Europejskiej. Do takich warunków zalicza się m.in.: projektowanie, budowę, odnowienie lub moderniza-cję, kwalifikacje zawodowe lub wymagania zdrowot-ne personelu. Celem spełnienia ww. warunków jest przede wszystkim rozwój i doskonalenie usług trans-portu kolejowego, a także zdefiniowanie optymalnego poziomu harmonizacji technicznej oraz przyczynienie się do ujednolicenia rynku kolejowego. Dyrektywa ustanawia przepisy dotyczące składników interopera-cyjności, interfejsów i procedur oraz warunków po-trzebnych do spełnienia zgodności całego systemu kolei Unii Europejskiej, koniecznych do osiągniecia interoperacyjności.

4.3. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/798 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/798 z dnia 11 maja 2016 r. w sprawie bezpie-czeństwa kolei określa przepisy potrzebne do zapew-nienia rozwoju i doskonalenia bezpieczeństwa syste-mu oraz poprawienia dostępu do rynku kolejowego dla usług transportowych. Ww. cele można osiągnąć m.in. poprzez:

- harmonizację struktury regulacyjnej w pań-stwach członkowskich

- określenie odpowiedzialności dla podmiotów - rozwój wspólnych wymagań bezpieczeństwa i

metod oceny bezpieczeństwa oraz - określenie wspólnych zasad zarządzania bez-

pieczeństwem i cofnięcia lub ograniczenia sto-sowania certyfikatów bezpieczeństwa.

Dyrektywa obejmuje wymogi bezpieczeństwa dla całego systemu (podsystem strukturalny i podsystem funkcjonalny) bez wyłączenia zarządzania infrastruk-turą i ruchem pociągów, współdziałania przedsię-biorstw i innych podmiotów systemu kolei Unii Euro-pejskiej.

4.4. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 2016/2338 Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/2338 z dnia 14 grudnia 2016 r. zmieniające rozporządzenie (WE) nr 1370/2007 w odniesieniu do otwarcia rynku krajowych usług kolejowego transpor-tu pasażerskiego ma jako główny cel podniesienie poziomu jakości, przejrzystości, a także sprawności i efektywności usług publicznych w zakresie kolejowe-go transportu pasażerskiego. Największą zmianą w

49


amending the EC Regulation No 1370/2007 related to the opening of the market in domestic passenger transport services by rail is mainly aimed at the improvement of the quality, transparency, efficiency and effectiveness of public services in the field of rail passenger transport. The major change with respect to the EC Regulation No 1370/2007 is the addition of two Articles “Rolling Stock“ and “Specifications for public service obligations”.

4.5. Directive of the European Parliament and of the EU Council No 2016/2370 The Directive of the European Parliament and of the EU Council No 2016/2370 of December 14, 2016 amending the Directive 2012/34/EU related to the opening of the market for domestic rail passenger services and the management of railway infrastructure establishes common rules for the management of railway companies and financing, infrastructure managers, charging for access to the infrastructure concerned, conditions of the access and supervision of the railway market. The Directive includes the provisions setting independence of the infrastructure manager, independence of the basic functions, impartiality of the infrastructure manager, commissioning and sharing the functions of the infrastructure manager, financial transparency, coordination mechanisms, the networks of the infrastructure managers, passenger transport by high-speed railways and integrated information systems and common ticket systems.

4.6. Regulation of the European Parliament and of the EU Council No 2016/2337 The Regulation of the European Parliament and of the EU Council No 2016/2337 of December 14, 2016 on common rules normalizing the accounting of the railway companies revokes the EEC Council Regulation No. 1192/69.

5. Amendments to the Act on railway transport The Act on railway transport of March 28, 2003 (Journal of Laws 2003, No 86, Item 789) provides, among others:

− the rules for the use, maintenance and management of the railway infrastructure;

− the rules of railway traffic and transport; − technical conditions of the railway vehicles

operation, and − the conditions ensuring the interoperability of

the railway system on the Polish territory. In December 2016, a law changing the law on railway transport came into force, i.e. the Act of November 16, 2016, amending the act on railway transport and some other acts (item 1923), being the result of the 4th Railway Package implementation. General changes related to the railway operators include the regulations changing the rules of railway transport licensing, which entered into force on May

odniesieniu do rozporządzenia (WE) nr 1370/2007 jest dodanie dwóch artykułów: „Tabor kolejowy” oraz „Specyfikacje zobowiązań z tytułu świadczenia usług publicznych.”.

4.5. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/2370 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/2370 z dnia 14 grudnia 2016 r. zmieniająca dy-rektywę 2012/34/UE w odniesieniu o otwarcia rynku krajowych kolejowych przewozów pasażerskich oraz zarządzania infrastrukturą kolejową ustanawia wspól-ne zasady dotyczące zarządzania przedsiębiorstwami kolejowymi i finansami, zarządcami infrastruktury, pobierania opłat za dostęp do danej infrastruktury, warunków dostępu do infrastruktury a także nadzoru nad rynkiem kolejowym. Dyrektywa posiada zapisy dotyczące: niezależności zarządcy infrastruktury; nie-zależności funkcji podstawowych; bezstronności za-rządy infrastruktury; zlecenia i współdzielenia funkcji zarządy infrastruktury; przejrzystości finansowej; mechanizmów koordynacyjnych; sieci zarządców infrastruktury; przewozów pasażerów kolejami du-żych prędkości oraz zintegrowanych systemów infor-macji i systemów wspólnego biletu.

4.6. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 2016/2337 Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/2337 z dnia 14 grudnia 2016 r. uchylające rozporządzenie Rady (EWG) nr 1192/69 w sprawie wspólnych zasad normalizujących rachunkowość przedsiębiorstw kolejowych, który wprowadzona de-cyzję o uchyleniu rozporządzenia Rady (EWG) nr 1192/69. 5. Zmiany w ustawie o transporcie kolejowym Ustawa z dnia 28 marca 2003 r. o transporcie kolejo-wym (Dz. U. 2003 Nr 86 poz. 789) określa m.in.:

- zasady korzystania, utrzymania i zarządzania in-frastrukturą kolejową

- zasady prowadzenia ruchu i wykonywania prze-wozów kolejowych

- warunki techniczne eksploatacji pojazdów kole-jowych oraz

- warunki zapewnienia interoperacyjności systemu kolei na terytorium Polski.

W grudniu 2016 r. w życie weszła ustawa, która zmienia ustawę o transporcie kolejowym – Ustawa z dnia 16 listopada 2016 r. o zmianie ustawy o transpor-cie kolejowym oraz niektórych innych ustaw (poz. 1923) – co jest skutkiem wdrażania IV Pakietu Kole-jowego. Do ogólnych zmian dotyczących przedsiębiorców kolejowych można zaliczyć przepisy, które zmieniają zasady licencjonowania transportu kolejowego, a któ-re weszły w życie 30 maja 2017 roku. Zmiany wystę-pują także w procedurze autoryzacji bezpieczeństwa,

50


30, 2017. The changes arise also in the procedures of safety authorization, safety certification and issuing of safety certificates. Nevertheless, all the above-mentioned documents issued before the date of entry into force of this Act remain valid until their expiration dates. Therefore, the railway operators and infrastructure managers have the right to carry on their business based on the above-mentioned documents, provided that they were issued prior to the date of entry into force of the aforesaid law. The same principle also applies to the decisions on granting open access to railway infrastructure, rules, pricelists and timetables. Among more detailed changes in the Act there are the ones related to definition of the groups of railway carriers, infrastructure managers and railway siding users. A railway carrier (according to the definition) is an operator authorized, under a license, to perform railway transport or to provide traction service or an entity performing transport on the infrastructure of narrow-gauge railway [1]. Particular case of a railway carrier is the so-called “Applicant”, i.e. a railway carrier, an international group of economic interests including the rail carriers or another entities interested in acquiring capacity, in particular an organizer of public rail transport, a forwarder, a sender or a combined transport operator [1]. An infrastructure manager is an entity responsible for managing the railway infrastructure or, in the case of building new infrastructure, an entity that has started to build it as an investor. The tasks of the infrastructure manager can be performed by various entities [1]. A railway siding user is an infrastructure manager who does not manage another railway route than a railway siding [1].

6. The threats related to the implementation of the 4th Railway Package Taking into account the documents listed in this article the threats related to implementation of the 4th Railway Package based on the pillars referred to in the points 3.2 and 3.3, i.e. the threats resulting from technical acts and the threats related to management projects and market opening, may be divided into two groups. The main threats resulting from the implementation of the technical documentation of the 4th Railway Package (first group) include:

− designation of the decisive role of the European Railway Agency (ERA) in the railway vehicle approvals and the possible extension of the time limits for obtaining authorization for operation;

− coordination of introduction of common regulations in particular countries by ERA. Consequently, the infrastructure and rolling

certyfikacji bezpieczeństwa oraz wydawania świa-dectw bezpieczeństwa, natomiast wszelkie ww. do-kumenty wydane przed dniem wejścia w życie niniej-szej ustawy zachowują swoją ważność aż do daty utraty ważności. W związku w tym, przewoźnicy ko-lejowi oraz zarządcy infrastruktury mają prawo pro-wadzić swoją działalność na podstawie wydanych ww. dokumentów pod warunkiem, że zostały one wydane przed datą wejścia w życie omawianej usta-wy. Taka sama zasada obowiązuje również w sprawie decyzji o przyznaniu otwartego dostępu do infrastruk-tury kolejowej oraz regulaminów, cenników i rozkła-dów jazdy. Do bardziej szczegółowych zmian w ustawie można zaliczyć zmiany, które dotyczą definicji grup prze-woźników kolejowych, zarządców infrastruktury oraz użytkowników bocznicy kolejowej. Przewoźnik kole-jowy (według definicji) to przedsiębiorca uprawniony na podstawie licencji do wykonywania przewozów kolejowych lub świadczenia usługi trakcyjnej lub podmiot wykonujący przewozy na infrastrukturze kolei wąskotorowej. Do szczególnego przypadku przewoźnika kolejowego należy tzw. „aplikant”, czyli przewoźnik kolejowy, międzynarodowe ugrupowanie interesów gospodar-czych obejmujące przewoźników kolejowych lub inny podmiot zainteresowany uzyskaniem zdolności prze-pustowej, w szczególności organizator publicznego transportu kolejowego, spedytor, nadawca ładunku lub operator transportu kombinowanego. Zarządca infrastruktury to podmiot odpowiedzialny za zarządzanie infrastrukturą kolejową albo, w przypad-ku budowy nowej infrastruktury, podmiot, który przy-stąpił do jej budowy w charakterze inwestora; zadania zarządcy infrastruktury mogą wykonywać różne pod-mioty. Użytkownik bocznicy kolejowej to zarządca infra-struktury, który nie zarządza inną drogą kolejową niż bocznica kolejowa. 6. Zagrożenia związane z wdrożeniem IV Pakie-

tu Kolejowego Zagrożenia związane z wdrożeniem IV Pakietu Kole-jowego, w odniesieniu do wymienionych w niniej-szym artykule dokumentów, na podstawie filarów opisanych w punkcie 3.2 oraz 3.3, czyli zagrożenia wynikające z aktów technicznych oraz zagrożenia związane z projektami zarządzania oraz otwarcia ryn-ku, można podzielić na dwie grupy. Główne zagrożenia wynikające z wdrożenia dokumentacji technicznej czwartego pakietu kolejowego (pierwsza grupa) to m.in.:

- wprowadzenie centralnej roli Europejskiej Agencji Kolejowej (ERA) w przeprowadzaniu dopuszczeń do ruchu pojazdów kolejowych i związane z tym możliwe wydłużenie terminów uzyskania dopuszczenia do eksploatacji

51


− stock must be adapted to the requirements of the European Union (EU) in a time shorter than the conditions of the given country allow (e.g. the budget, the number of the companies dealing with the modernization or length of the railway line) or shorter than the terms adopted by the inspections in the Member States, i.e. in Poland by the Office of Rail Transport (UTK) and the notified bodies. Therefore, it will be possible to undermine the accreditation held by an entity, to create a language barrier and the need to keep, for example, the system documentation in other than Polish language.

Another threat for the above mentioned sphere consists in:

− appointing the ERA members – the ERA composition is difficult to define, including e.g. a representative of trade unions;

− The ERA means of subsistence should originate from the income, i.e. among others from the fees obtained from issued certificates. This may result in growth of the prices of the vehicle approvals.

− Transfer of the "Member State competence” to ERA, which will result in disregard of specificity of each country. The approval document issued for a given EU area should take into account the entire railway network and the conditions of each country.

Moreover, adoption of the term "accredited own entity of the applicant" enables certification of own products (in several modules) of the manufacturer. This may be contrary to the requirements regarding impartiality and independence of the notified bodies. Among the threats resulting from the technical documents the following, among others, may be mentioned:

− elimination of national regulations resulting from the specificity of the country;

− approval of the decisions on changes in regulations by ERA, resulting in disregard of the country's proposals and arguments, and imposing e.g. adaptation of the rolling stock to new requirements;

− issuing a uniform certificate by ERA, resulting in possible extended time period for issuance of certificates and increased fee for the certificate.

Taking into account the above threats resulting from implementation of the 4th Railway Package it should be noticed that the ERA activities aimed at coordinating the entire European railway market may become inefficient. This may lead to difficulties in railway operation in the community. The second group of the threats related to the opening of the European rail market includes, among others:

- koordynacja wprowadzania wspólnych przepi-sów w poszczególnych krajach przez ERA, a związane z tym nakładanie obowiązku dosto-sowania infrastruktury i taboru do wymagań Unii Europejskiej (UE) w czasie krótszym niż pozwalają na to warunki danego kraju (np. bu-dżet, liczba przedsiębiorstw modernizujących lub długość linii kolejowej) lub kontrole w pań-stwach członkowskich, czyli w Polsce kontrola Urzędu Transportu Kolejowego (UTK) oraz jednostek notyfikowanych. Możliwe zatem bę-dzie podważenie akredytacji posiadanej przez jednostkę, tworzenie bariery językowej oraz konieczność prowadzenia dokumentacji np. systemowej w innym języku niż polski.

Kolejnym zagrożeniem dla ww. obszaru to: - powoływanie składu ERA – trudno definiowalny

skład ERA, np. z przedstawicielem związków zawodowych

- utrzymywanie ERA z dochodów m. in. z opłat za wydane certyfikaty, czyli możliwa podwyżka cen homologacji pojazdów oraz

- zmiana pozbawiająca kompetencji „państwa członkowskiego” na kompetencje ERA, co prze-łozy się na brak uwzględnienia specyfiki w da-nym kraju. Dokument dopuszczający na dany te-ren UE powinien uwzględniać całą sieć kolejową i uwarunkowania każdego kraju.

Dodatkowo, wprowadzenie podmiotu „akredytowana jednostka własna wnioskodawcy” otwiera możliwość certyfikacji swoich wyrobów (w kilku modułach) przez producenta. Taka możliwość może być sprzecz-na z wymaganiami dotyczącymi bezstronności i nieza-leżności stawianymi jednostkom notyfikowanym. Do zagrożeń wynikających z dokumentów technicz-nych można także zaliczyć m. in.:

- eliminację przepisów krajowych wynikających ze specyfiki kraju

- zatwierdzanie decyzji o zmianach przepisów przez ERAczyli możliwość nieuwzględnienia propozycji i argumentów kraju i nakazanie np. dostosowania taboru do nowych wymagań

- wydawanie certyfikatu (jednolitego) przez ERA, czyli możliwość wydłużenia czasu oczekiwania na wydanie certyfikatów oraz podwyższenia opłaty za certyfikat.

Biorąc pod uwagę ww. zagrożenia wynikające z wdrożenia czwartego pakietu kolejowego można stwierdzić, że działania ERA jako koordynatora całe-go europejskiego rynku kolei mogą stać się nieefek-tywne, co może spowodować utrudnienia w działaniu kolei we wspólnocie. Do drugiej grupy zagrożeń związanych z otwarciem europejskiego rynku kolei są można zaliczyć m. in.:

- możliwość oferowania usług kolejowych przez zagraniczne przedsiębiorstwa na polski rynek, co może grozić likwidacją polskich, a w szcze-

52


− the railway services offered to the Polish market by foreign companies, which may threaten to eliminate the Polish and, in particular, the local companies, e.g. the regional railways;

− lack of competitiveness of Polish carriers as compared to the others, as a result of inferior rolling stock and lower expenditures for modernization;

− possible use of dumped prices (i.e. sales of goods and services below the cost of their production or service or resale below the cost of purchase with a view to eliminate other entrepreneurs) by large foreign carriers in Poland. This might result in shutdown of the local companies on the market or elimination of the existing distinction between the international and domestic traffic, requiring quick modernization of particular lines or their liquidation.

Furthermore, the most costly threat in this group may be caused by the establishment of shared information systems and integrated ticket systems for all the railway operators. This would results in huge costs in the IT area, mainly due to software replacement. Consideration of the above threats caused by implementation of the 4th Railway Package suggests that small local companies may disappear from the rail market, since not every company is ready for large costs to be born on the railway stock.

7. Admission and certification rules according to the "new" directive The most important objective of the 4th Railway Package related to the field of certification and approval of vehicles in the European Community is the unification of the rules for issuing the certificates and rules for putting the vehicles into service. In the field of certification, the main change will consist in implementation of the certificate template for all the Member States – the Single Safety Certificate (SSC). According to the scope of certification, the document will be issued by ERA and/or NSA (National Security Office - in Poland the Office of Rail Transport UTK fulfills the function). In the case of the applications covering the area of one country, the certification body will be NSA or ERA + NSA, while for applications covering the area of at least two countries only ERA + NSA may issue the certificate. The purpose of a new certification procedure is a single evaluation of the applicant, regardless of the area of its operation, as well as better harmonization of the rules and evaluation requirements. Moreover, the changes shall strengthen the relationship between the application assessment and supervision, and reinforce the emphasis placed on a risk-based approach as well as better cooperation between the NSA in the supervision process [2].

gólności lokalnych przedsiębiorstw, np. kolei re- gionalnych

- niekonkurencyjność polskich przewoźników na tle innych w wyniku gorszego stanu taboru, mniejszego budżetu na modernizację w porów-naniu z innymi

- możliwość stosowania cen dumpingowych (dum-ping: sprzedaż towarów i usług poniżej kosztów ich wytworzenia lub świadczenia albo ich od-sprzedaż poniżej kosztu zakupu w celu elimino-wania innych przedsiębiorców) przez dużych przewoźników zagranicznych na terenie Polski, przez to możliwość wyeliminowania z rynku lo-kalnych przedsiębiorców lub likwidacja istnieją-cego obecnie rozróżnienia przejazdów międzyna-rodowych oraz krajowych powodujących ko-nieczność szybkiej modernizacji poszczególnych linii bądź ich likwidacja.

Z kolei najbardziej kosztownym zagrożeniem w tej grupie może być ustanowienie wspólnych systemów informacyjnych i zintegrowanych systemów bileto-wych dla wszystkich operatorów kolejowych, co skut-kuje poniesieniem ogromnych kosztów w obszarze informatycznym głównie ze względu na zmianę opro-gramowania; Biorąc pod uwagę ww. zagrożenia wynikające z wdrożenia IV pakietu kolejowego można stwierdzić, że niewielkie lokalne przedsiębiorstwa mogą zniknąć w rynku kolejowego, a nie każde przedsiębiorstwo jest gotowe na kosztowne inwestycje w szeroko pojęty tabor.

7. Zasady dopuszczenia i certyfikacji według „nowej” dyrektywy

Najważniejszym założeniem IV pakietu kolejowego w obszarze certyfikacji i homo-logacji pojazdów we wspólnocie jest ujednolicenie zasad wydawania certy-fikatów oraz zasad dopuszczania do eksploatacji po-jazdów.

W obszarze certyfikacji główną zmianą będzie wdrożenie szablonu certyfikatu dla wszystkich państw członkowskich – Jednolity Certyfikat Bezpieczeństwa (Single Safety Certificate (SSC)). W zależności od zakresu certyfikacji dokument będzie wydawany przez ERA i/lub NSA (Krajowy Urząd Bezpieczeń-stwa – w Polsce funkcję tę pełni UTK). Dla wniosków obejmujących obszar jednego państwa organem certy-fikacyjnym będzie: NSA lub ERA + NSA, natomiast dla wniosków obejmujących obszar co najmniej dwóch państw będzie tylko ERA + NSA. Celem wprowadzenia nowej procedury certyfikacji jest jedna ocena wnioskodawcy bez względu na obszar jego działania, ale także większa harmonizacja zasad i wymagań oceny. Dodatkowo zmiany spowodują wzmocnienie relacji pomiędzy oceną wniosku, a nad-zorem i nacisku na podejście oparte na analizie ryzyka oraz możliwość współpracy między NSA w procesie nadzoru.

53


As regards the authorization of placing the vehicle into service (approval) – Authorization of Placing on the Market (APOM) / Vehicle Authorization (VA), the changes result mainly in formulation of a single application assessment, regardless of the vehicle operation area and in increased harmonization of the requirements and evaluation principles. The division of the certification body (in this case the authorizing entity) is similar to the case of the certification field, i.e. the applications covering the area of a single state are examined by NSA or ERA + NSA, while the applications covering the area of at least two countries by ERA + NSA. The NSA's duty will be, among others, to supervise the vehicle operation and maintenance, and to carry out the carrier's tasks (SMS - safe marshalling the vehicle into a train and verification of compatibility with the route) [2].

W obszarze dopuszczenia pojazdu do eksploatacji (homologacji) – Authorization of Placing on the Mar-ket (APoM) / Vehicle Authorization (VA) zmiany prowadzą głównie do jednej oceny wniosku niezależ-nie od obszaru eksploatacji pojazdu oraz do zwiększe-nia harmonizacji wymagań i zasad oceny. Podział organu, w tym przypadku autoryzującego, jest analo-giczny do obszaru certyfikacji, tzn. dla wniosków obejmujących obszar jednego państwa: NSA lub ERA + NSA, natomiast dla wniosków obejmujących obszar co najmniej dwóch państw: ERA + NSA. Obowiąz-kiem NSA będzie m.in.: nadzór nad eksploatacją po-jazdu i utrzymaniem oraz realizacja zadań przewoźni-ka (SMS – bezpieczne włączenie pojazdu w skład pociągu i weryfikacja kompatybilności z trasą).

8. Podsumowanie Europejski rynek kolejowy od wielu lat dąży do ujed-nolicenia prawa, zasad dopuszczania pojazdów do eksploatacji, a także certyfikacji i homologacji pojaz-dów. W tym celu powstały kolejno cztery pakiety kolejowe, które w kolejnych latach zostały zmodyfi-kowane i zaktualizowane zgodnie z powstałymi pro-blemami na wspólnym rynku kolejowym. Każdy z pakietów składa się z dokumentów normatywnych, głównie dyrektyw oraz rozporządzeń. Czwarty, naj-nowszy pakiet kolejowy składa się z sześciu ww. do-kumentów, tj.: Rozporządzenia nr 2016/796, Dyrek-tywy 2016/797, Dyrektywy 2016/798, Rozporządze-nia nr 2016/2338, Dyrektywy 2016/2370 oraz Rozpo-rządzenia nr 2016/2337. Wdrożenie czwartego pakietu kolejowego może skut-kować powstaniem zagrożeń, które można podzielić na dwie grupy w zależności od przyczyny zagrożenia. Pierwsza grupa to zagrożenia wynikające z wdrożenia dokumentacji technicznej pakietu, a druga to zagroże-nia związane z projektami zarządzania i otwarcia ryn-ku. W obszarze homologacji i certyfikacji pojazdów, naj-większą zmianą będzie wdrożenie ujednoliconego szablonu certyfikatu bezpieczeństwa dla wszystkich członków wspólnoty. Czwarty pakiet kolejowy niesie za sobą pewne zagro-żenia, ale jest także pozytywny aspekt wdrożenia pa-kietu. Głównymi celami pakietu są zmniejszenie kosz-tów ponoszonych przez istniejące na rynku przedsię-biorstwa kolejowe, ułatwienie wejścia na rynek no-wym podmiotom, usunięcie barier w tworzeniu jedno-litego europejskiego rynku kolejowego, wspieranie konkurencyjności i innowacji na krajowych rynkach pasażerskich, a ponadto wyższy poziom bezpieczeń-stwa, interoperacyjności oraz niezawodności w euro-pejskiej sieci kolejowej.

54

8. Summary The European rail market has for many years strived to unify the law, the rules of putting the vehicles into service, as well as certification and approval of the vehicles. For this purpose, four railway packages have been successively created and, afterwards, modified and updated in the next years in response to the problems arisen on the common railway market. Each package consists of normative documents, mainly directives and regulations. The fourth, the latest railway package consists of six aforementioned documents, i.e. Regulation No. 2016/796, Directive 2016/797, Directive 2016/798, Regulation No. 2016/2338, Directive 2016/2370 and Regulation No. 2016/2337. Implementation of the 4th Railway Package may result in the threats that can be divided into two groups, depending on the cause of the threat. The first group includes the threats resulting from implementation of the package technical documentation, while the second one covers the risks related to management and market opening projects. What concerns the vehicle homologation and certification, the most significant change will consist in implementation of a unified security certificate template for all the community members. The 4th Railway Package gives rise to some risks, but a positive aspect of the package implementation is also noticeable. The main objectives of the package are to reduce the costs incurred by the railway companies existing on the market, to facilitate market entry for new players, to remove the obstacles impeding creation of a uniform European rail market, to support competitiveness and innovation in domestic passenger markets, and a higher level of security, interoperability and reliability of the European rail network.



[1] Ustawa z dnia 28 marca 2003 r. o transporcie kolejowym (Dz. U. 2003 Nr 86 poz. 789) [2] Czwarty Pakiet Kolejowy – likwidacja barier dla konkurencyjnego transportu kolejo-wego. Plany wdro-

żenia czwartego pakietu kolejowego przez Agencję Kolejową Unii Europejskiej A. Harassek, P. Cukier-ski, Warsztaty SIRTS, Warszawa 2017 r.

[3] Bariery liberalizacji europejskiego rynku kolejowego i perspektywy zmian A. Mężyk, Uniwersytet Tech-nologiczno-Humanistyczny w Radomiu, 2012 r.

[4] Ewolucja celów polityki transportu kolejowego w Europie M. Garlikowska, Centrum Naukowo-Techniczne Kolejnictwa, Zeszyt 149

[5] Dyrektywa 2001/12/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z 26 lutego 2001 roku zmieniająca Dyrektywę Rady 91/440/EWG w sprawie rozwoju kolei Wspólnoty

[6] Dyrektywa 2001/13/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z 26 lutego 2001 roku zmieniająca Dyrektywę Rady 95/18/WE w sprawie koncesjonowania przedsiębiorstw kolejowych

[7] Dyrektywa 2001/14/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z 26 lutego 2001 r. w sprawie alokacji zdolno-ści przepustowej infrastruktury kolejowej i pobierania opłat za użytkowanie infrastruktury kolejowej oraz przyznawanie świadectw bezpieczeństwa

[8] Dyrektywa 2001/16/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z 19 marca 2001 r. w sprawie interoperacyj-ności transeuropejskiego systemu kolei konwencjonalnych

[9] Dyrektywa 2004/49/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 29 kwietnia 2004 r. w sprawie bezpie-czeństwa kolei wspólnotowych oraz zmieniająca dyrektywę Rady 95/18/WE w sprawie przyznawania licencji przedsiębiorstwom kolejowym, oraz dyrektywę 2001/14/WE w sprawie alokacji zdolności przepu-stowej infrastruktury kolejowej i pobierania opłat za użytkowanie infrastruktury kolejowej oraz certyfi-kację w zakresie bezpieczeństwa (Dyrektywa w sprawie bezpieczeństwa kolei)

[10] Dyrektywa 2004/50/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 29 kwietnia 2004 r. zmieniająca dyrek-tywę Rady 96/48/WE w sprawie interoperacyjności transeuro-pejskiego systemu klei dużych prędkości i dyrektywę 2001/16/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie interoperacyjności transeuropej-skiego systemu kolei konwencjonalnej

[11] Dyrektywa 2004/51/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 29 kwietnia 2004 r. zmieniająca dyrek-tywę Rady 91/440/EWG w sprawie rozwoju kolei wspólnotowych

[12] Rozporządzenie (WE) nr 881/2004 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 29 kwietnia 2004 r. ustana-wiające Europejską Agencję Kolejową (Rozporządzenie w sprawie Agencji)

[13] Dyrektywa 2007/58/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2007 r. zmieniająca dyrektywę Rady 91/440/EWG w sprawie rozwoju kolei wspólnotowych oraz dyrektywę 2001/14/WE w sprawie alokacji zdolności przepustowej infrastruktury kolejowej i pobierania opłat za użytkowanie infra-struktury kolejowej

[14] Dyrektywa 2007/59/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2007 r. w sprawie przy-znawania uprawnień maszynistom prowadzącym lokomotywy i pociągi w obrębie systemu kolejowego Wspólnoty

[15] Rozporządzenie (WE) nr 1370/2007 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2007 r. dotyczące usług publicznych w zakresie kolejowego i drogowego transportu pasażerskiego oraz uchylają-ce rozporządzenia Rady (EWG) nr 1191/69 i (EWG) nr 1107/70.

55

Bimodal transport system with horizontal, transverse ... · train set with the second end bogie....

Documents

Transcript of Bimodal transport system with horizontal, transverse ... · train set with the second end bogie....