v_5

Aspekty vvoje elezninch 2005 kolejovch vozidel

ELEKTRICK TSYSTMOV LOKOMOTIVA ADY 380 PRO D

Ing. Petr PALEK

1 VOD V loskm roce KODA TRANSPORTATION (tehdy jet pod jmnem KODA

DOPRAVN TECHNIKA) zvtzila ve veejn obchodn souti na dodvku 20 tsystmovch lokomotiv budouc ady 380 pro D. V souasn dob probhaj ve KODA TRANSPORTATION projekn a konstrukn prce na vvoji lokomotivy, kter u vrobce obdrela typov oznaen KODA 109 E a je urena pro ti napjec systmy, 3000 V ss, 25 kV, 50 Hz a 15kV, 16,7 Hz.

Vzhledem k tomu, e se jedn o tsystmov vozidlo, pedpokldan nasazen bude tedy pevaovat na ramenech napjench dvma nebo vemi temi napjecmi systmy 3000 V ss, 25 kV, 50 Hz a 15kV, 16,7 Hz. V vahu pichzej hlavn trat Berln - Praha Vde, Vde Brno Ostrava Varava, Praha Plze Norimberk a podobn.


2 HLAVN TECHNICK PARAMETRY

Uren: Univerzln tsystmov lokomotiva pro osobn a nkladn dopravu

Trval vkon: 6.400 kW na vech npajecch systmech Rozjezdov tan sla: 274 kN Maximln rychlost: 200 km/h Uspodn dvojkol: B B Celkov hmotnost: 86 t Dlka pes nraznky: 18.000 mm Profil lokomotivy: UIC 505-1 ka lokomotivy: 3.070 mm Vzdlenost otonch ep: 8.700 mm Pohon dvojkol: Dutm hdelem s brzdovmi kotoui v discch kol Prmr kol: 1.250 mm nov, 1.170 mm pln opoteben

0

50

100

150

200

250

300

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 V [km/h]

F [kN]

adheze Curtius-Kniffler

Trakn charakteristika lokomotivy

3 TRAKN VZBROJ LOKOMOTIVY Trakn vzbroj lokomotivy ady 380 lze povaovat za vvojov zcela novou, nebo

v sob sluuje problematiku provozu asynchronnho pohonu na stejnosmrn napjec sti a souasn oba stdav systmy 50 Hz a 16,7 Hz. Pitom z pohledu celkovho vkonu se jedn o dosud nedosaen hodnoty (krtkodob a 7.400 kW) a proto je tto sti vnovna vt pozornost.


Pvod elektrick energie do lokomotivy zajiuj na vech napjecch systmech dva univerzln polopantografov sbrae s odpojovai. Obvod indikace trolejovho napt tvoen mcm transformtorem napt a rel indikace je spolen pro vechny napjec systmy. Dle jsou popsny vechny komponenty pohonovho etzce a pomocnch pohon.

Trakn transformtor slou k pemn elektrick energie piveden z trolejovho veden 25 kV nebo 15 kV do vstupnch obvod tsystmov lokomotivy a dle k napjen elektrickch traknch zazen, zazen pomocnch pohon a vlakovho topen.

Transformtor se skld z primrnho vinut, osmi sekundrnch vinut pro trakci a ty vinut vlakovho topen. K vysokonapov prchodce primrnho vinut je pipojen kabelov svod ze stechy lokomotivy, prchodka je vyvedena v prostoru mezi mniovou skn a sousednm blokem elektrick odporov brzdy.

Vechny ostatn vvody transformtoru jsou rozmstny pod stedn ulikou. V ndob transformtoru jsou umstny tlumivky rezonannch filtr druh harmonick (33 Hz, 100 Hz), kter jsou vyuvny i pi provozu s trolejovm napjenm 3 kV ss.

Hlavn transformtor m celkov trval vstupn vkon 7 944 kVA. Provoz pi napjen 25 kV/50 Hz nebo 15 kV/16,7 Hz je een pepnnm odboky na

primrnm vinut transformtoru, pepnn je zajitno dvoupolohovm pepnaem, kter je umstn v transformtoru. Stejnm pepojovaem je rovn eeno pepnn tlumivek v traknm obvodu. Chladcm mdiem je silikonov olej.

Pi napjen z trolejovho veden 3 kV ss jsou vyuvna sekundrn trakn vinut jako tlumivky vstupnho filtru. Potebn hodnoty induknost v zvislosti na trolejovm napjen se realizuj vhodnm spojenm tlumivek a sekundrnho vinut transformtoru.

Trakn mni je skov, typu 1 MS-1 z produkce firmy KODA ELECTRIC

a sestv z tykvadrantovho (4Q) mnie, stejnosmrnho meziobvodu a traknch stda.

Pro konstrukci mni jsou pouity IGBT moduly nmeck firmy EUPEC. Kad mniov sk obsahuje dva trakn stdae. Kad stda se skld ze dvou

dlch st, kter jsou ureny pro napjen asynchronnho traknho motoru s vinutm uspodanm do dvojit hvzdy. Trakn stdae maj tyto hlavn parametry: jmenovit vstupn napt 2 x 1 500 V ss, jmenovit vstupn napt 2 x (0 - 1 140) V st., jmenovit vstupn proud (fzov) 2 x 518 A.

V mniov skni jsou dle instalovny pulzn mnie pro napjen jednoho bloku brzdovho odpornku.

Trakn motory jsou typu ML 4550 K/6 a jsou vrobkem firmy KODA ELECTRIC.

Jedn se o asynchronn tfzov motory s kotvou nakrtko a se statorovm vinutm zapojenm do dvojit hvzdy. Trakn motory maj nsledujc hlavn daje: jmenovit vkon na hdeli motoru 1 600 kW, jmenovit otky 1 825 min-1. Chlazen traknch motor je vzduchov s ciz ventilac.

Brzdov odpornk je umstn v bloku, jeho soust je rovn ventiltorov

soustroj s axilnm ventiltorem. Odpornk s ventiltorem je ve sloupovm proveden a je umstn svisle ve strojovn lokomotivy. Uvnit kadho brzdovho bloku jsou umstny tyi dl odpornky s vkonem 4 x 550 kW. Odpornk je dimenzovn pro trval zaten. V reimu elektrodynamick brzdy je napjen pulznm proudem obdlnkovho prbhu ze stejnosmrnho meziobvodu lokomotivy pes pulzn mni s IGBT tranzistory.


Schma hlavnch obvod

Pomocn pohony jsou tfzov, asynchronn. Stdae pomocnch motor jsou

napjeny ze stejnosmrn st 570 V ss, kter je galvanicky oddlena od obvod vysokho napt a vytvena z meziobvodu stidae pes transformtor s nslednm usmrnnm a filtrac.

Schma pomocnch pohon

4 PODVOZEK LOKOMOTIVY Trakn podvozek typovho oznaen KODA 109 E, je podvozek uren pro

elektrickou lokomotivu ady 380. Koncepn je podvozek navren tak, aby jej bylo mono pout rovn i pro nkter dal vozidla s podobnmi parametry, pbuzn se zkladnm typem 109 E. Podvozek je navren pro maximln rychlost 200 km/h a maximln npravov tlak 22,5 t.

Pi konstrukci byly vyuity poznatky z provozu podvozk KODA 1 EV, elektrickch jednotek ady 471 D a lokomotivnho podvozku KODA 85 E (znm ASYNCHRON).

4.1 CELKOV KONCEPCE PODVOZKU

Podvozek je dvounpravov, s rmem svaovan konstrukce, dvojitm vypruenm, pln vypruenm pohonem dvojkol (dutm hdelem) a hydraulickm tlumenm. Je een

Aspekty vvoje elezninch 2005 kolejovch vozidel s vysoce uitnmi vlastnostmi, o em svd nzk celkov hmotnost (cca 16 t), vysok vkon asynchronnch traknch motor (3 200 kW), relativn mal rozvor (2 500 mm), mal nevypruen hmoty, v primrnm stupni i sekundrnm stupni vypruen FLEXI-COIL ocelovmi vinutmi zpruhami, nzko poloen penos tanch sil, kotouov brzda, istn jzdn plochy kol a mazn okolk.

4.2 POPIS PODVOZKU RM PODVOZKU - Zkladn st podvozku je rm tvoen dvma podlnky,

pnkem a dvma elnky. Podlnky maj ve stedn sti vytvoeny tzv.balkny, kvli umstn sekundrnho vypruen. Jsou tvoeny stojinami z plech tl. 8 10 mm a psnicemi z plech tl. 10 20 mm. V balknech jsou souasn vytvoeny konzoly pro upevnn ojniek veden dvojkol. Podlnky jsou mezi balknyve stedn sti propojeny pnkem tvoenm rovn stojinami tl. 8 10 mm a psnicemi tl. 20 mm. Pnk je ve stedn sti ze spodn strany zen kvli umstn mechanismu penosu tanch sil. Na koncch jsou podlnky propojeny elnky. Mezi elnky a pnkem jsou pomoc vlcovch pryokovovch silentblok, uchycench do konzol, zespodu zaveny 2 bloky pohon.

SEKUNDRN VYPRUEN - Sk vozu spov na rmu podvozku pes dv

skupiny sekundrnch pruin. Klasick vinut zpruhy vyuvaj efektu FLEXI-COIL a zajiuj nejen svisl vypruen ale i pn pohyby mezi skn a podvozkem.

NARKY - V pnm smru jsou na podvozku mezi otonm epem a pnkem

vypruen narky. Narky vymezuj vodorovn pohyb podvozku vi skni. Kinematick hodnota chodu a tuhosti narky je navrena tak, aby pokud mono optimln progresivn vyztuovala celkovou tuhost pnho vypruen mezi skn a podvozkem. Krom toho, konstrukn uspodn dovoluje velmi snadno bhem zkouek tyto hodnoty jet pizpsobit.

PENOS TANCH SIL - Penos tanch sil ze skn na rm podvozku jde pes

kovan oton ep, nalisovan do hlavnmu rmu a dle pes tzv. lemnisktov pmovod. Tento pmovod sestv ze svaenho vahadla a dvou ojnic. Vahadlo je uprosted upevnno pes pouzdro na oton ep a v obou koncch vahadla jsou pes pryov silentbloky uchyceny ojnice. Vzjemn natoenmi oky o 90 jsou ojnice uchyceny do konzol na pnku rmu podvozku. Cel mechanismus vyjma otonho epu je pevzat z lokomotivy KODA 85 E.

PRIMRN VYPRUEN A VEDEN DVOJKOL - Rm podvozku spov pes 4

pry vinutch pruin na loiskovch sknch dvojkol, kter je tvoeno vrtanou npravou s epy 150 mm a dkem 200 mm a koly 1.250 mm. Materil npravy je A1N a materil kol je R9T. Monoblokov kola a hrub vkovky nprav jsou vrobkem BONATRANS, a.s. Bohumn. Do kol jsou uchyceny brzdov kotoue a kloub spojky pohonu dvojkol, na kter pichz toiv moment z pevodovky pes dut hdel objmajc npravu. Na epy npravy jsou nalisovna dvouad vlekov loiska. Npravov loiska jsou uloena v loiskovch sknch, kter jsou s rmem podvozku spojeny podlnmi ojnikami, uchycenmi na obou koncch pes pryov silentbloky. Tyto ojniky zajiuj veden dvojkol a penos podlnch sil.

PEVODOV SK - Jedn se o jednostupovou pevodovku s pastorkem letmo

na kuelovm konci hdele motoru. Velk ozuben kolo je uchyceno na vstupnm dutm hdeli a cel hdel je loiskovn ve dvou specilnch velkoprmrovch loiscch. Sk pevodovky je lit a na stran velkho ozubenho kola m vytvoenu konzolu pro silentblok. Cel pevodovka je pomoc pruby napevno spojena s traknm motorem.

DUT HDEL - Z pevodovky na dvojkol se toiv moment pen pomoc dutho

kloubovho hdele objmajcho npravu. Hdel je tvoen kompozitovou kuelovou trubkou a dvma specilnmi klouby.


BRZDA - Mechanick st brzdy je na podvozku tvoena pneumatickou kotouovou brzdou, s kotoui umstnmi v kole. Brzdov jednotky KNORR kotouov brzdy jsou vybaveny pneumatickmi vlci se stadaovou parkovac brzdou. Cel jednotky jsou uchyceny na elnku rmu podvozku a inkuj vdy na jedno kolo.

Typov vkres hnacho podvozku KODA 109 E

5 HRUB STAVBA SKN A ODOLNOST PROTI NRAZU Hrub stavba skn sten vychz z hrub stavby skn lokomotivy 85 E, kde

pedevm bonice vykazovaly velmi dobr parametry pi relativn nzk hmotnosti. Na hlavnm rmu jsou krom hlavnch vnjch podlnk i dva vnitn, jejich kolem je

umonit kvalitn upevnn pstroj ve strojovn. Zcela odlin je konstrukce eln partie kabiny a elnku. Tyto dv podskupiny jsou spojeny do jednoho svaence (tzv. kabinovho modulu) a mus odpovdat krom jinho i nejnovjm poadavkm na odolnost

vozidel proti nrazu. Poadavky na odolnost kolejovch vozidel proti nrazu prochzej v poslednch dob

pomrn boulivm vvojem. V roce 2005 dochz ke zmn pedpisu TSI (Technical Specification for Introperability), do kterho byly zakomponovny poadavky nov pipravovan evropsk normy pro odolnost vozidel proti nrazu (prEN 15227).

Ta definuje 4 scne nrazu: eln nraz 2 stejnch vlakovch souprav rychlost 36 km/h eln nraz vlakov soupravy do tynpravovho vozidla o hmotnosti 80 t

rychlost 36 km/h


eln nraz do poddajn vy pekky o hmotnosti 15 t rychlost 110 km/h eln nraz do nzk pekky nebo zvete definice poadavk na pluh

Poadovan odolnosti sk vozidla pi nrazu se dosahuje pomoc specilnch

nraznk a deformanch len (scn 1 a 2), dle pak konstrukc eln partie vozidla se zeteln definovanou deforman znou (scn 3) a novou konstrukc pluhu i jeho zaven, kter mus odolat poadovanm silm a pohltit poadovanou energii, ani by zapinily nap. vykolejen vozidla (scn 4).

K oven funknosti navrhovanch een a deformanch zn slou simulan vpoty nraz. Pi tchto vpotech se sleduje chovn konstrukce bhem nrazu a rozsah jejho pokozen po nrazu. Dle se sleduj a vyhodnocuj pedevm nsledujc parametry: podln rychlost, zrychlen, napt a absorbovan energie.

Je clem, aby navrhovan sk vozidla byla vyrobena z jednoho typu materilu. Pro tento materil byly vytvoeny speciln dodac podmnky (poadavky na chemick sloen), jejich hlavnm kolem je zajistit poadovanou vrubovou houevnatost pi nzkch teplotch.

Zkladnm stavebnm kamenem hrub stavby skn jsou vpalky z plech, kter jsou podle poteby a monosti ohban. V ppad vhodnosti jsou pouity vlcovan nebo ohban profily. Hmotnostn optimalizace spolen s minimalizac potu svar (a nslednch deformac po svaen) se stvaj velmi vznamnmi kriterii pi nvrhu konstruknho een.

6 VLAKOV ZABEZPEOVAE Lokomotiva mus bt vybavena systmem vlakovho zabezpeovacho zazen tak,

aby mohla bt provozovna bez omezen v prostoru vech poadovanch elezninch sprv, to znamen D, SD, DB, BB, MV a PKP. Za zklad systmu byl zvolen perspektivn vlakov zabezpeova dle evropskho standardu pod oznaenm ERTMS (European Rail Traffic Management System) Jedn se o proveden rovn 2 (Level 2), tvoen systmem zen jzdy ETCS (European Train Control System) a systmem radiov komunikace GSM-R (Global Systm Mobile-Railways).

Zvolen konfigurace jednotlivch komponent vychz ze souasnho stupn vvoje

mobilnch a stacionrnch systm VZ. To znamen, e systm ETCS je prozatm rozen jen na mal sti trat a optimln skladba sti mobiln, tvoen zabezpeovaem ETCS a nrodnmi specifickmi penosovmi moduly STM (Specific Transmission Module) pro pvodn nrodn vlakov zabezpeovae, je problematick, protoe tyto moduly bu neexistuj, nebo jsou teprve vyvjeny.

Skladba vlakovho zabezpeovacho zazen na lokomotiv . 380 je tedy nsledujc:

ETCS rovn 2 vetn dvou modul GSM-R LZB 80E spolu s integrovanm modulem PZB 90 (Indusi) pro DB a BB SMP EVM 120 pro MV SMP LS 90 pro D a SD SHP EDA3 pro PKP

S vjimkou modulu SHP pro polsk eleznice tvo vyjmenovan moduly jednotn

systm, vzjemn propojen vnitn komunikan sbrnic Profibus, ppadn vozovou

Aspekty vvoje elezninch 2005 kolejovch vozidel komunikan sbrnic MVB. Kompatibilita obou uvedench sbrnic je zajitna prostednictvm Gatewaye (GW). Soust sytmu je t juristick jednotka tzv. ern sknka pro uchovn poadovanch dat (Juridical Recorder Unit JRU), spolen pro vechny systmy na sbrnici MVB.

Zmnn problematika kompozice systmu na rovni komponent roku 2005 je

vyjdena nutnost pouit pepnae ETCS-LZB a oddlench zobrazova DMI pro oba tyto systmy. Postupn vak bude toto uspodn nahrazeno modulem STM LZB80E, s jednotnm displejem a bez pepnae.

Vlakov zabezpeova SHP pro polsk eleznice zatm neexistuje v proveden STM, proto bude na lokomotiv pouit samostatn.

7 ZVR Ve popsan lokomotiva pedstavuje vznamn kvalitativn posun mezi modernmi

vozidly z produkce KODA TRANSPORTATION a souasn po relativn dlouh pomlce rovn potek obnovy parku lokomotiv vznamn evropsk eleznin sprvy D na nejvy evropsk rovni.

Resum Tento pspvek popisuje nov projekt elektrick lokomotivy ady 380. Trakn vzbroj je zaloena na pouit pulznch usmrova, napovch stda

s IGBT tranzistory a asynchronnch traknch motor s dvojitou hvzdou a je projektovna pro provoz na napjecch systmech 3000 V ss, 25 kV, 50 Hz a 15 kV, 16,7 Hz.

Trakn podvozek je zaloen na pln vypruenm pohonu dutm hdelem. Vypruen v prvnm i druhm stupni je FLEXI-COIL. Podvozek je dle vybaven kotouovou brzdou v kolech.

Sk lokomotivy odpovd novm poadavkm na nrazovou odolnost podle pr EN 15 227.

Summary This paper deals with new project of electric locomotive type 380. Traction equipment is based on using of pulse rectifiers, voltage inventors with IGBT

transistors and asynchronous traction motors with double stern. It is projected for operation on 3000 V DC, 25 kV, 50 Hz and 15 kV, 16,7 Hz power supply systems.

Traction bogie is based on fully spring drive by hollow shaft. The spring in first and second grade is FLEXI-COIL. The bogie is provided with disc brake in wheels.

Locomotive body corresponds to the new requirements for impact resistance according to pr EN 15 227.

1 VOD2 HLAVN TECHNICK PARAMETRY3 TRAKN VZBROJ LOKOMOTIVY4 PODVOZEK LOKOMOTIVY5 HRUB STAVBA SKN A ODOLNOST PROTI NRAZU6 VLAKOV ZABEZPEOVAE7 ZVRResumSummary

v_5

Documents

Transcript of v_5