Lokomotivní simulátor – část 1.
Předmluva
Učební texty v tomto skriptu jsou určeny pro studenty bakalářského a magisterského
studijního programu, oboru Dopravní technika a technologie.
Tato část textu obsahuje problematiku ovládání hnacího vozidla, postupy pro zadávání
vstupních souborů o vozidle a trati.
Autoři tímto děkují za podmětné připomínky recenzentu.
Ostrava, listopad 2010
Kolektiv autorů
4
Lokomotivní simulátor – část 1.
Obsah
Předmluva
4
Obsah
5
Seznam zkratek a symbolů
7
Úvod
8
1 Lokomotivní simulátor
9
Ovládací pult lokomotivního simulátoru
9
Popis ovládacích a sdělovacích prvků na ovládacím pultu simulátoru
11
1.2.1 Ovládací prvky na řídícím pultu simulátoru
12
1.2.2 Sdělovací prvky na řídícím pultu simulátoru
22
2 Matematický model simulace jízdy vlaku
26
2.1 Rovnováha podélných sil
26
2.2 Výpočet vozidlového odporu soupravy vozidel
30
2.3 Výpočet traťového odporu soupravy vozidel
31
2.4 Výpočet odporu ze zrychlení soupravy vozidel
34
2.5 Výpočet adhezních poměrů při simulaci
35
2.6 Matematický model činnosti samočinné vlakové brzdy
37
3 Výpočet teoretické jízdní doby
41
3.1 Průběh rychlosti vozidel – tachogram
41
3.1.1 Výpočetní metoda
42
3.1.2 Setrvačný sklon
42
3.1.3 Konstrukce s0 – V diagramu
43
3.2 Výpočet teoretické jízdní doby pro traťový úsek Bohumín - Čadca
44
3.2.1 Redukovaný traťový profil
45
3.2.2 Konstrukce tachogramu jízdy
46
4 Hospodárné vedení vlaku
54
4.1 Postupy a metody řešení
54
4.2 Spotřeba elektrické energie
54
4.3 Analýza pohybu vlaku
56
4.3.1 Rozjezd vlaku
57
4.3.2 Pohyb rovnoměrnou rychlostí
59
4.3.3 Výběh
61
4.3.4 Brzdění vlaku
64
5
Lokomotivní simulátor – část 1.
4.3.5 Zvláštní případy
64
4.4 Ověření teoretických poznatků
75
4.4.1 Základní model vlaku a trati
76
4.4.2 Model trati A
79
4.4.3 Model trati B
81
4.4.4 Model trati C
82
4.4.5 Model trati Bohumín - Přerov
83
4.5 Citlivostní analýza spotřeby trakční elektrické energie
89
4.6 Závěr
92
6
Lokomotivní simulátor – část 1.
Seznam zkratek a symbolů
ČD
České dráhy, a.s.
ČSD
Československé státní dráhy
HKV
hnací kolejové vozidlo
HV
hnací vozidlo
7
Lokomotivní simulátor – část 1.
Úvod
Aplikace lokomotivních simulátorů lze rozdělit do dvou oblastí pouţití. První oblast
pouţití představují lokomotivní simulátory budované v minulosti pro potřeby ţelezničního
podniku ČSD. ČSD jako monopolní dopravce vyuţíval lokomotivní simulátory k výcviku
strojvedoucích v řízení a obsluze hnacích vozidel (do současnosti se zachovalo funkční
zařízení tohoto typu v DKV Česká Třebová).
Druhou oblasti pouţití představuje vysoké školství. V rámci bývalé ČSSR měla
v oblasti dopravního školství největší význam Vysoká škola dopravy a spojů v Ţilině. Na této
vysoké škole byl vybudován lokomotivní simulátor 1. vývojové generace s vizualizací
skutečného traťového úseku pomocí filmové techniky. Tento lokomotivní simulátor
představoval nejvyšší realizované technické řešení a umoţnil několika generacím ţelezničních
inţenýrů výcvik v oblasti řízení kolejových vozidel. Přesto nebylo moţno s ohledem na
rozvoj počítačových technologií zabránit zastarání tohoto lokomotivního simulátoru. Další
lokomotivní simulátory vyšších vývojových generací jiţ vybudovány nebyly.
Aplikace lokomotivních simulátorů v zahraničí dosáhla vyšší úrovně neţ v ČR. To je
dáno vyšší technickou úrovní ţelezniční dopravy. Rozvoj vysokorychlostní ţelezniční
dopravy způsobil nutnost aplikace lokomotivních simulátorů do oblasti školení personálu
ţelezničních dopravců. Proto byl realizován vývoj lokomotivních simulátorů nejvyšší
technické úrovně na komerční bázi. Lokomotivní simulátory jsou tak vyvíjeny a vyráběny
specializovanými společnostmi a nabízeny ţelezničním dopravcům v různých variantách
provedení (např. Simutrain francouzské firmy Giravions Dorand Industries, která vytváří
ucelené pracoviště pro výcvik strojvedoucích vlaků a je vyuţívána francouzskými
ţeleznicemi SNCF).
Nejvyšší v současnosti realizovaný vývojový stupeň představují lokomotivní
simulátory, které kromě vyuţití výpočetní techniky pro simulační výpočty vyuţívají počítače
pro digitální vizualizaci trati. V rámci dosaţení maximálního vjemu při řízení vozidla je
pouţit pohybový systém vyvozování silových účinků na obsluhu simulátoru pomocí
hydraulického naklápěcího systému, který byl převzat z obdobně konstruovaných leteckých
simulátorů. Simulátory tohoto typu jsou obvykle pořizovány významnými ţelezničními
společnostmi po celém světě (např. u francouzských státních ţeleznic SNCF, kde slouţí
k výcviku strojvedoucích vysokorychlostních vlaků TGV ve výcvikovém centru Hellemes,
nebo výcvikové centrum německých ţeleznic DB AG v Mainz vybudované firmou Krauss
Maffei a Daimler Benz Aerospace).
8
Lokomotivní simulátor – část 1.
1 Lokomotivní simulátor
Konstrukční řešení lokomotivního simulátoru je realizováno s technologickou částí na
bázi PC s rozhraním k obsluţnému pracovišti. Zařízení je koncipované modulárně a je tak
moţné provádět jak laboratorní experimenty, tak i výcvik při obsluze hnacích vozidel.
Vizualizace traťového úseku je s vyuţitím výpočetní techniky. Zařízení lokomotivního
simulátoru tvoří:
Ovládací pult lokomotivního simulátoru
Pracoviště instruktora
Projekční plocha pro zobrazení traťového úseku
Obr. 1.1: Schéma laboratoře lokomotivního simulátoru.
Ovládací pult lokomotivního simulátoru
Pracoviště lokomotivního simulátoru tvoří řídící pult skutečné elektrické lokomotivy
z řady 163 ČD firmy Škoda Plzeň, který je řešen v rámci unifikace řídících stanovišť
elektrických lokomotiv ČSD – ČD. Řídící pult lokomotivy je jedinou částí simulátoru, která
byla převzata ze skutečného hnacího vozidla. Výhodou tohoto řešení je skutečnost, ţe je tento
typ řídícího pultu pouţit u několika řad hnacích vozidel elektrické trakce pouze s malými
odlišnostmi.
9
Lokomotivní simulátor – část 1.
Obr. 1.2: Řídící pult před zabudováním do simulátoru..
Řídící pult z hnacího vozidla řady 163 převzatý pro účely lokomotivního simulátoru
(Obr. 1.2) je vybaven základními řídícími a indikačními prvky, které v plném rozsahu
odpovídají skutečnému řídícímu pultu hnacího vozidla. Řídící pult obsahuje tyto základní
prvky (Obr. č. 1.3):
Sdělovací prvky při řízení hnacího vozidla (sdělovací panel), oblast č. 1
Je proveden jako rovinný s odklonem 50 - 70° od vodorovné roviny. Ve střední části
tohoto panelu je umístěna rychloměrová souprava. V jeho levé části pak sdělovače trakčního
agregátu a v pravé části sdělovače automatizovaného řízení, brzdy a vlakového
zabezpečovače. Na panelu sdělovačů musí být kromě sdělovacích přístrojů umístěny také
signalizace závěru brzdy, nadměrného průtoku vzduchu do průběţného potrubí brzdy,
centrální signalizace poruchy a signalizace poţáru na vozidle.
Ovládací prvky k řízení hnacího vozidla (ovládací panel), oblast č. 2
Tento panel je proveden jako rovinný se sklonem maximálně 20° směrem ke
strojvedoucímu a dělí do tří částí. Levá část musí obsahovat ovladače osvětlení a jednotlivé
ovladače agregátů vozidla. Střední je určena pro rozloţení sešitového jízdního řadu a musí
zde být páky kontrolérů a tlačítka bdělosti. V pravé části musí být umístěny ovladače brzdy,
píšťaly, pískování a ovladače automatizovaného řízení. Ve sdělovacím panelu musí být
namontován návěstní opakovač vlakového zabezpečovače, který musí být vybaven
10
Lokomotivní simulátor – část 1.
protisluneční clonou. Vozidlo rovněţ musí být vybaveno radiostanicí a mikrofonem
radiostanice. Radiostanice se umisťuje zpravidla na sdělovací panel nebo na panel ovladačů.
Obr. 1.3: Sdělovací a ovládací oblasti na řídícím pultu hnacího vozidla.
Všechny přístroje, ovladače a sdělovače umístěné vně i uvnitř ovládacího pultu musí
být dobře přístupné pro montáţ i následnou údrţbu a nesmí být zdrojem nadměrných odlesků.
Popis ovládacích a sdělovacích prvků na ovládacím pultu simulátoru
Označení polohy „základní poloha“ představuje polohu ovladačů při deaktivaci
řídícího pultu, při přechodu na protější stanoviště a popř. deaktivaci simulátoru.
Označení polohy „základní provozní poloha“ představuje polohu ovladačů při řízení
hnacího vozidla, popř. ovládání lokomotivního simulátoru.
Reţim ARR (Automatická Regulace Rychlosti) je reţim ovládání vozidla, kdy obsluha
vozidla nastavuje poţadovanou rychlost a regulátor hnacího vozidla zvyšuje nebo sniţuje
poměrný tah tak, aby se hnací vozidla pohybovalo touto poţadovanou rychlostí.
11
Lokomotivní simulátor – část 1.
1.2.1 Ovládací prvky na řídícím pultu simulátoru
Ovládací prvky na řídícím pultu lze rozdělit do tří částí. V levé části (viz Obr. 1.4) jsou
umístěny ovladače:
Obr. 1.4: Ovladače v levé části pultu strojvedoucího.
1. Spínač řízení, slouţí k elektrickému blokování neobsluhovaného pultu. Jeho
obsluha je moţná pomocí oddělitelné hlavice v podobě klíče, který je na hnacím vozidle
pouze jeden. Tím je zajištěno mechanické blokování současné obsluhy obou pultů hnacího
vozidla.
Poloha:
0 – vypnuto – základní poloha, v této poloze je moţno klíč vyjmout
ZAP – zapnuto – v této poloze není moţno klíč vyjmout
2. Ovladač topení vlaku, slouţí k aktivaci a deaktivaci vytápění soupravy vlaku.
Poloha:
0 – vypnuto – základní poloha
ZAP – zapnuto
Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční.
12
Lokomotivní simulátor – část 1.
3. Ovladač nouzového řízení tahu, slouţí k zadávání poţadovaného výkonu hnacího
vozidla v reţimu obsluhy „Nouzová jízda“, kdy je z provozu vyřazena podstatná část
elektronické regulace vozidla.
Poloha:
0 – 12 – hodnoty regulačních stupňů při tomto reţimu obsluhy.
Poloha 0 je základní poloha ovladače.
Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční.
4. Ovladač hlavního vypínače, přestavením do polohy ZAP se sepne hlavní vypínač
hnacího vozidla.
Poloha:
0 – základní poloha ovladače
ZAP – hlavní vypínač se spíná – poloha není aretovaná, ovladač se po
uvolnění vrací do základní polohy.
5. Tlačítko rozepnutí hlavního vypínače, tlačítko slouţí k ručnímu rozepnutí hlavního
vypínače hnacího vozidla.
6. Ovladač ventilátorů, přepínáním se ovládají reţimy činnosti chladících ventilátorů
trakčních motorů.
Poloha:
VYP – přerušení chodu ventilátorů – poloha není aretovaná
A – automatické spínání chodu ventilátorů – základní poloha ovládače
R – ruční sepnutí chodu ventilátorů – reţim slouţí k dochlazování
trakčních motorů
Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční.
7. Ovladač kompresoru 2, přepínáním se ovládají reţimy činnosti druhého
kompresoru na hnacím vozidle.
Poloha:
0 – kompresor je vypnutý – základní poloha
A – automatické spínání chodu kompresoru – hlavní provozní poloha
ovladače, chod kompresoru je řízen hodnotou tlaku v hlavních
vzduchojemech za pomoci tlakového spínače;
R – ruční spuštění kompresoru, tlak v hlavním vzduchojemu není
spínán tlakovým spínačem.
13
Lokomotivní simulátor – část 1.
8. Ovladač pomocného kompresoru a kompresoru 1, slouţí pro zapnutí pomocného
kompresoru a ovládání kompresoru 1.
Poloha:
PK – pomocný kompresor je zapnut
0 – kompresory jsou vypnuty – základní poloha
A – automatické zapínání a vypínání kompresoru I – hlavní provozní
poloha ovladače, chod kompresoru je řízen hodnotou tlaku v hlavních
vzduchojemech za pomoci tlakového spínače;
R ruční spuštění kompresoru I, tlak v hlavním vzduchojemu není spínán
tlakovým spínačem.
9. Ovladač sběračů, slouţí k ovládání sběračů proudu hnacího vozidla.
Poloha:
P – přední sběrač ve směru jízdy zdviţen
0 – sběrače staţeny – základní poloha
Z – zadní sběrač ve směru jízdy zdviţen
P+Z – zdviţen přední a zadní sběrač
10. Ovladače zadních návěstních světel, slouţí k ovládání a volbě druhu zadních
návěstních světel.
Poloha:
Č – červené návěstní světlo
0 – vypnuté návěstní světlo – základní poloha
B – bílé návěstní světlo
Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční.
11. Ovladače předních návěstních světel, slouţí k ovládání a volbě druhu předních
návěstních světel.
Poloha:
Č – červené návěstní světlo
0 – vypnuté návěstní světlo – základní poloha
B – bílé návěstní světlo
Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční.
12. Ovladač osvětlení měřících přístrojů, slouţí k regulaci podsvícení měřících
přístrojů na ovládacím pultu strojvedoucího.
Poloha:
TL – tlumené podsvícení přístrojů
0 – podsvícení přístrojů vypnuto – základní poloha
14
Lokomotivní simulátor – část 1.
PL – plné podsvícení přístrojů
Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční.
13. Ovladač osvětlení kabiny, slouţí k volbě osvětlení kabiny strojvedoucího.
Poloha:
TL – tlumené osvícení kabiny
0 – osvícení kabiny vypnuto – základní poloha
PL – plné osvícení kabiny
Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční.
14. Ovladač dálkového reflektoru, slouţí k regulaci dálkového reflektoru hnacího
vozidla.
Poloha:
N2 – zapnutí jednoho světa reflektoru samostatně
N1 – zapnutí druhého světa reflektoru samostatně
0 – dálkový reflektor je vypnut – základní poloha
P – plné světlo dálkového reflektoru
TL – tlumení dálkového reflektoru
Pozn.: Při simulace pohybu vozidla je ovladač nefunkční.
Ve střední části ovládacího pultu strojvedoucího jsou umístěny tyto ovládací prvky
(viz Obr. 1.5):
15
Lokomotivní simulátor – část 1.
Obr. 1.5: Ovladače ve střední části ovládacího pultu strojvedoucího.
15. Pákový ovladač směrového kontroléru, páka s posuvným pohybem slouţí k zadání
směru jízdy, volbu směru jízdy lze provést pouze v klidové poloze hnacího vozidla.
Poloha:
P – jízda vpřed z daného stanoviště
0 – mezistupeň při změně směru jízdy, základní poloha
Z – jízda vzad z daného stanoviště
16. Osvětlení sešitového jízdního řádu, slouţí pro osvětlení sešitového jízdního řádu
v prostoru 21.
17. Pákový ovladač řídícího kontroléru, slouţí pro ovládání hnacího vozidla ve dvou
reţimech. V reţimu ručního řízení slouţí k zadání velikosti taţné síly hnacího vozidla.
Nastavená hodnota poměrného tahu je zobrazena na zobrazovači 41. V reţimu ARR slouţí
k nastavení poţadované rychlosti, která se zobrazuje na zobrazovači rychlosti.
Poloha:
<<
-
rychlé
zvýšení
vozidla – nearetovaná poloha
16
taţné
síly
(rychlosti)
hnacího
Lokomotivní simulátor – část 1.
+ – pomalé zvýšení taţné síly (rychlosti) hnacího vozidla – nearetovaná
poloha
X – neutrální poloha – základní poloha ovladače, v této poloze
nedochází ke změně regulace vozidla, zadané poţadavky zachovávají
své hodnoty.
- -pomalé sníţení taţné síly (rychlosti) hnacího vozidla – nearetovaná
poloha
>> - rychlé sníţení taţné síly (rychlosti) hnacího vozidla – aretovaná
poloha
18. Pákový
ovladač
elektrodynamické
brzdy,
slouţí
k regulaci
výkonu
elektrodynamické brzdy nezávisle na regulaci brzdy pneumatické.
Poloha:
+ - zvýšení účinku elektrodynamické brzdy
B – neutrální poloha ovladače – základní poloha
- – sníţení účinku elektrodynamické brzdy
19. Tlačítko vyrovnání nápravového tlaku, slouţí k ručnímu ovládání válců
vyrovnávání nápravových sil. Jeho stlačením se vpouští vzduch do válců vyrovnávání
nápravových sil, působících na přední čelníky podvozků ve směru pohybu.
Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční.
20., 22. Tlačítko bdělosti, slouţí pro kontrolu bdělosti strojvedoucího. Není-li tlačítko
v případě nutnosti obsluhy strojvedoucím stisknuto v definovaném intervalu, rozezní se
zvukový signál, a pokud strojvedoucí po této výzvě nezareaguje, dojde k samočinnému
zastavení vlaku rychločinně pomocí ventilu LVZ. Obsluha tlačítka můţe být nahrazena
obsluhou jiných ovladačů (ovladač řídícího kontroléru, ovladač samočinné brzdy, tlačítko
pískování, pedál houkačky). Zvukový signál zazní i v okamţiku, kdy tlačítka obsluhovány být
neměly.
21. Místo pro sešitový jízdní řád.
V pravé části ovládacího pultu strojvedoucího jsou umístěny tyto ovládací
prvky (viz Obr. 1.6):
17
Lokomotivní simulátor – část 1.
Obr. 1.6: Ovladače v pravé části ovládacího pultu strojvedoucího.
23. Ovladač režimu řízení hnacího vozidla, slouţí k volbě reţimu ovládání hnacího
vozidla.
Poloha:
R – manuální reţim řízení – základní poloha – v této poloze ovladače
strojvedoucí pomocí ovladače řídícího kontroléru (17), zadává poţadovaný poměrný tah.
A – automatický reţim řízení, v této poloze se aktivuje reţim ARR, kdy
strojvedoucí při řízení vozidla zadává poţadovanou rychlost.
ZK – zkouška – poloha slouţí k realizaci stacionárního testu kotevních
pulsních měničů. Při běţné obsluze vozidla se nevyuţívá.
24. Přepínač filtru LVZ – ovladač slouţí pro nastavení filtru snímání signálů liniové
části zabezpečovacího zařízení.
Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční.
25. Brzdič přímočinné brzdy (BP2). Přímočinná brzda (nesamočinná) je určena pouze
pro brzdění samotné lokomotivy nebo hnacího vozu, např. pro zajištění vlaku proti pohybu při
18
Lokomotivní simulátor – část 1.
jeho zastavení – brzdný účinek vyvozuje pouze hnací vozidlo. Na rozdíl od samočinné
tlakové brzdy umoţňuje okamţitě zvyšovat a sniţovat tlak v brzdových válcích lokomotivy.
Brzdný účinek se zvyšuje otáčením rukojeti směrem doleva. Na obrázku je znázorněna poloha
pro vyvození maximálního brzdného účinku. Na kaţdém stanovišti je jeden tento brzdič.
26. Ovladač režimu jízdy, slouţí k volbě reţimů ARR a ovládání jízdy hnacího
vozidla. Ovladač je funkční pouze při volbě polohy „A“ovladače režimu řízení hnacího
vozidla č. 23.
Poloha:
P – parkování, tento reţim se vyuţívá při stání hnacího vozidla, HV je
brzděno pneumatickou brzdou s plnícím tlakem 2 bary. Poloha je
aretovaná.
V – výběh, tah vozidla je nastaven na nulovou hodnotu, vozidlo se
pohybuje výběhem. V případě překročení nastavené rychlosti ARR je
aktivován brzdný reţim pro udrţení této rychlosti. Poloha je aretovaná.
J – jízda, - základní provozní poloha – ARR udrţuje nastavenou
rychlost za pomocí nastavení velikosti poměrného tahu, popř.
zavedením brzdného reţimu. Velikost poměrného tahu je limitovaná
nastavením ovladače č. 27. Poloha je aretovaná.
S – souhlas, tato poloha se pouţívá k udělení souhlasu se započetím
reţimu tahu při rozjezdu HV z klidu. V této poloze musí být ovládač do
dosaţení rychlosti cca 4 km·h-1 . Poloha není aretovaná.
Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční.
27. Ovladač poměrného tahu, slouţí k nastavení omezení poměrného tahu hnacího
vozidla v automatickém reţimu řízení.
Poloha:
1 – je vyřazena elektrodynamická brzda
2-12 – jednotlivé polohy pro nastavení poměrného tahu hnacího
vozidla, elektrodynamická brzda je na 100% účinnosti
28. Tlačítko píšťaly, slouţí k zvukové návěsti, po stisknutí se rození píšťala na hnacím
vozidle.
29. Tlačítko pomalé jízdy. Po stisknutí tlačítka regulátor hnacího vozidla odečítat
vzdálenost, od polohy stisknutí tlačítka. Toto se prosvětlí. Strojvedoucí tak nemusí sledovat,
19
Lokomotivní simulátor – část 1.
zda konec vlaku (poslední vůz) minul návěst konce sníţené rychlosti. Pro správnou činnost
zařízení se musí nejdříve navolit příslušný počet náprav vlaku a druh vlaku, protoţe pro
osobní a nákladní vlaky jsou rozdílné přepočtové koeficienty přepočtu náprav na vzdálenost.
Po překonání vzdálenosti určené nastavení počtu náprav prosvětlení tlačítka zhasne. S reţimu
ARR a pokud je poţadovaná rychlost větší neţ skutečná,pak HV začne vyvíjet taţnou sílu
k postupnému vyrovnání obou rychlostí.
Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční.
30. Přepínač druhu vlaku, slouţí pro volbu druhu vlaku.
Poloha:
Os – osobní
N – nákladní
Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční.
31. Pákový brzdič nepřímočinné (samočinné) brzdy (OBE). Kaţdé hnací vozidlo
určené k vedení vlaku musí být vybaveno ovladači tohoto typu vzduchových brzd. Tento
ovladač svou polohou ovládá činnosti elektricky ovládaného brzdiče ve strojovně HV.
Poloha:
R – rychločinné brzdění (přímým mechanickým odvětráním se prudce
sníţí tlak v hlavním potrubí brzdy, čímţ dojde k realizaci maximálního
brzdného účinku brzdového zařízení všech vozidel vlaku zapojených do
brzdového systému. Poloha je aretovaná.
B – provozní brzdění, poloha pro zavedení nebo zvyšování brzdného
účinku nepřímočinného brzdového systému vlaku. Velikost účinku
brzdového systému je ovládána dobou setrvání brzdiče v této poloze.
(čím déle drţíme brzdič v této poloze, tím větší bude brzdící účinek).
Poloha není aretovaná.
J – jízda – základní provozní poloha - v této poloze ovladače elektrický
brzdič udrţuje nastavený tlak v hlavním potrubí nepřímočinného
brzdového systému vlaku. Ztráty tlaku netěsnostmi či odběrem vzduchu
z tohoto potrubí jsou doplňovány. Poloha je aretovaná.
O – odbrzdění, přestavěním ovladače do této polohy elektrický brzdič
sniţuje tlak v hlavním potrubí nepřímočinného brzdového systému
vlaku aţ do nastavení základní provozní hodnoty – úplného odbrzdění
(5 barů). Velikost sníţení účinku brzdového systému je ovládána dobou
20
Lokomotivní simulátor – část 1.
setrvání brzdiče v této poloze. (čím déle drţíme brzdič v této poloze,
tím větší bude sníţení brzdícího účinku). Poloha není aretovaná.
Z – závěr – základní poloha ovladače – tato poloha na obsluhovaném
stanovišti HV přestaví elektrický brzdič do reţimu, kdy nedoplňuje
vzduch do hlavního potrubí nepřímočinného brzdového systému vlaku
– HV se z hlediska řízení brzdového systému chová jako taţené
vozidlo. Tato poloha umoţňuje přenést ovládání brzdového systému na
druhé stanoviště hnacího vozidla popř. na jiné HV ve vlaku. Poloha je
aretovaná.
P – přebití, poloha slouţí k nastavení reţimu elektrického brzdiče, kdy
v rámci necitlivosti brzdy (mírné zvýšení nad hodnotu 5 barů a
následný pomalý pokles tlaku na hodnotu 5 barů v hlavním potrubí)
dochází k vyrovnání tlaků v řídících systémech rozvaděčů zapojených
dosetému vzduchové nepřímočinné brzdy. Poloha není aretovaná.
Š – švih, poloha ovladače slouţí ke zvýšení průtoku vzduchu do
hlavního potrubí pro rychlejší nárůst tlaku vzduchu při odbrzďování.
Velikost tlaku není regulována, můţe dojít nepřípustnému zvýšení tlaku
v hlavním potrubí nad prohozní hodnotu (5 barů) a tím k nepřípustnému
nastavení tlaků v řídících systémech rozvaděčů zapojených dosetému
vzduchové nepřímočinné brzdy. (slangově k „přebití brzdy“). Po pouţití
této polohy systém automaticky zavádí reţim nízkotlakého přebití – viz
popis fungování vzduchových rozvaděčů brzdy v doporučené literatuře.
Poloha není aretovaná.
32. Ovladač spřáhla, ovladač měl původně slouţit k ovládání následně dosazovaného
automatického spřahacího ústrojí. Na vozidlech není vyuţíván.
33. Tlačítko pískování, po stisknutí tlačítka dochází k pískování - sypání křemičitého
písku pod kola předního dvojkolí podvozku ve směru pohybu hnacího vozidla.
Pozn.: Při simulaci pohybu vozidla je ovladač nefunkční.
35. Tlačítka ovládání jízdy vozidla, slouţí k ovládání regulaci tahu v reţimu ručního
řízení a nastavení poţadované rychlosti hnacího vozidla v reţimu ARR (automatická regulace
rychlosti),obdobně jako u pákového ovladače řídícího kontroléru č. 17. Pouţívá se v případě,
21
Lokomotivní simulátor – část 1.
jestliţe strojvedoucí obsluhuje vozidlo ve stoje při výhledu z bočního okna kabiny (odjezd
vlaku, posun).
Tlačítko:
+ - zvýšení poměrného tahu – poţadované rychlosti hnacího vozidla.
- - sníţení poměrného tahu – poţadované rychlosti hnacího vozidla.
1.2.2 Sdělovací prvky na řídícím pultu simulátoru
Sdělovací
prvky
na
řídícím
pultu
lze
rozdělit
rovněţ
do
tří
částí.
Obr. 1.7: Sdělovací prvky umístěné v pravé části pultu strojvedoucího.
V pravé části (viz Obr. 1.7) jsou umístěny tyto sdělovací prvky:
36. Ukazatel tlaku v hlavním vzduchojemu a průběžném potrubí, tlakoměr má rozsah
16 bar. Červená ručička ukazuje tlak v hlavním vzduchojemu (tlak v hlavním vzduchojemu je
8-10 bar) a černá ručička ukazuje tlak v průběţném potrubí (provozní tlak v hlavním potrubí
je 5 bar).
37. Ukazatel tlaku v brzdových válcích a převodníku, tlakoměr má rozsah 16 bar..
Červená ručička ukazuje tlak v brzdových válcích (tlak 0 bar – odbrzděno, tlak vyšší jak 0 bar
22
Lokomotivní simulátor – část 1.
– je vyvozován brzdný účinek vzduchové tlakové brzdy) a černá ručička ukazuje tlak
v převodníku pro spolupráci pneumatické brzdy s regulátorem řízení vozidla.
38. Návěstní opakovač, slouţí k zobrazení přenášených návěstí z traťového a
staničního zabezpečovacího zařízení na stanovišti strojvedoucího na úsecích, které tento
přenos umoţňují. Na úsecích, které přenos návěstí neumoţňují je funkční pouze světlo modré
barvy. Pomocí potenciometru lze sníţit nebo zvýšit jas. Základní zobrazované návěsti:
Ţluté světlo – přenášená návěst „Výstraha“ – na nejbliţším následujícím návěstidle je
návěst „Výstraha“. Není nutná obsluha Tlačítka bdělosti
Červené světlo – přenášená návěst „Stůj“ – na nejbliţším následujícím návěstidle je
návěst zakazující jízdu kolem návěstidla. Je nutná obsluha Tlačítka bdělosti
Zelené světlo – přenášená návěst „volno“ – na nejbliţším následujícím návěstidle je
návěst „Volno“. Není nutná obsluha Tlačítka bdělosti
Ţluté mezikruţí – přenášená návěst omezující rychlost vlaku – na nejbliţším
následujícím návěstidle je návěst nařizující sníţení rychlosti vozidel projíţdějících kolem
návěstidla. Je nutná obsluha Tlačítka bdělosti
Modré světlo – signalizace jízdy po úseku, kde není přenos návěstí, popř. výluky
zabezpečovače při stání vozidla a jeho zabrzdění na hodnotu min. 2 bary tlaku vzduchu
v brzových válcích. Pokud signalizace zhasne, je nutné do stanovené doby provést obsluhu
Tlačítka bdělosti.
39. Síťový vypínač ovládacího pultu lokomotivního simulátoru, slouţí k zapnutí
napájení pultu strojvedoucího. Ovladač není součástí skutečného pultu na hnacím vozidle.
40. Ovládací panel mobilní části Liniového vlakového zabezpečovače (LVZ).
Poloha:
VYPNUTO - zabezpečovač je vypnutý.
START – poloha, kdy dochází k inicializaci mobilní části mobilní části
na vozidle.
PROVOZ – základní provozní poloha – provoz mobilní části Liniového
vlakového zabezpečovače je nastaven na běţný traťový provoz.
41. Ukazatel poměrného tahu, zobrazuje hodnotu poměrného tahu hnacího vozidla.
Poloha vpravo je hodnota představuje tah hnacího vozidla, poloha ručičky vlevo od nuloví
polohy0 pak brzdnou sílu elektrodynamické brzdy.
23
Lokomotivní simulátor – část 1.
42. Signalizace stavů systému tlakové vzduchové brzdy na HV
ZÁVĚR – signalizuje stav, kdy ovladač elektrického brzdiče OBE2
č.31 je v poloze Závěr a elektrický brzdič je v reţimu „Závěr“.
Ovládání samočinné brzdy není moţné.
PRŮTOK – kontrolka signalizuje zvýšený průtok vzduchy přes
elektrický brzdič do hlavního potrubí, jehoţ příčinou můţe být zvýšená
netěsnost tohoto potrubí (např. poškozené nebo přetrţené brzdové
spojky mezi vozy) ne pouţití ovladačů pro záchranné brzdění kdekoliv
ve vlaku. Strojvedoucí musí tento stav prověřit, popř. zavést reţim
rychločinného brzdění ovladačem brzdiče.
43. Nastavení počtu náprav vlaku, slouţí k zadání počtu náprav vlaku, které pak dále
slouţí k odečítání náprav při průjezdu kolem konce úseku se sníţenou rychlostí (viz ovladač
č. 29).
V levé části (viz Obr. 1.8) jsou umístěny tyto sdělovací prvky:
Obr. 1.5: Sdělovací prvky v levé části pultu strojvedoucího.
44. Místo pro radiostanici,
24
Lokomotivní simulátor – část 1.
45. Ovladač uzemňovače a odpojovačů sběračů, slouţí k ovládání spínačů na střeše
hnacího vozidla. Odpojovače slouţí k propojení sběračů s dalšími vysokonapěťovými obvody
hnacího vozidla, uzemňovač k propojení zařízení na střeše s kostrou vozidla, tj. uvedení
hnacího do bezpečného stavu
Poloha:
P – odpojovač předního sběrače ve směru jízdy vpřed z daného
stanoviště sepnut
O – základní poloha - oba odpojovače sběračů rozepnuty,
uzemňovač sepnut.
Z – odpojovač zadního sběrače ve směru jízdy vpřed z daného
stanoviště sepnut
P+Z – základní provozní poloha - odpojovače obou sběračů sepnuty
46. Voltmetr napětí v troleji - ukazuje napětí v troleji
47. Ukazatel proudu, procházejícího kotvami trakčních motorů I. motorové skupiny.
48. Ukazatel proudu akumulátoru hnacího vozidla.
49. Voltmetr nabíjecího napětí akumulátoru hnacího vozidla.
50. Indikátor stavu stykače topení vlaku. Indikuje, zda je topení vlaku zapnuté (svislá
poloha) nebo vypnuté (vodorovná poloha).
51. Indikátor stavu hlavního vypínače hnacího vozidla - vodorovná poloha signalizuje
rozepnutý stav hlavního vypínače hnacího vozidla, svislá poloha signalizuje sepnutý hlavní
vypínač hnacího vozidla.
52. Ukazatel proudu, procházejícího budícím vinutím trakčních motorů.
53. Ukazatel proudu, procházejícího kotvami trakčních motorů II. motorové skupiny.
25
Lokomotivní simulátor – část 1.
2 Matematický model simulace jízdy vlaku
2.1 Rovnováha podélných sil
Matematický model při simulaci jízdy soupravy kolejových vozidel popisuje chování
soupravy při jejím pohybu po traťovém úseku pomocí matematických vztahů. Jízda soupravy
vozidel představuje pohyb hmotných bodů po definované trajektorii, tvořící traťový úsek.
Mezi jednotlivými hmotnými body, které představují jednotlivá kolejová vozidla soupravy,
jsou vytvořeny vzájemné vazby. Přehled působících sil a vazeb mezi jednotlivými vozidly je
naznačen na obrázku Obr. 2.1.
Obr. 2.1: Silový rozbor vozidel vlakové soupravy.
Pro matematický popis jízdy soupravy vozidel se vyuţívá rovnice podélných sil –
deklarovaná jako základní rovnice pohybu vlaku [Široký, 2004]. Pro kaţdé vozidlo vlakové
soupravy podle Obr. 2.1 můţeme vytvořit rovnici podélných sil.
Rovnováha obecných sil: F  m  a [N]
Pro hnací vozidlo:
(2.1)
FOK  OTHV  OVHV  FS 
Pro vůz č. 1:
S1  OT 1  OV 1  FS1 
Pro vůz č. 2:
S 2  OT 2  OV 2 
GV 1
a
g
GV 2
a
g
[N]
GHV
 a [N]
g
[N]
(2.2)
(2.3)
(2.4)
Postup sestavení rovnic podélných sil je analogický i pro další vozidla soupravy.
Protoţe jsou jednotlivá vozidla vlakové soupravy spojená spřáhly tvořícími vzájemné vazby
(v případě simulace předpokládáme, ţe jsou to dokonale tuhé vazby), lze definovat vazební
26
Lokomotivní simulátor – část 1.
vztahy FS = S1 a FS1 = S2. Za těchto předpokladů lze sestavit pro soupravu jednu rovnici
podélných sil:
FOK  OTHV  OVHV  OT 1    OTi  OV 2  OV 1i 
GHV  GV 1    GVi
 a [N]
g
(2.5)
Jelikoţ můţe být při řešení vlakové rovnice počet vozidel soupravy vozidel
neomezený a předem nedefinovaný, je nutno provést úpravu a substituce umoţňující obecné
řešení. Tyto úpravy stanovují velikost celkové tíhy vlakové soupravy, celkového jízdního
odporu vlakové soupravy a celkového traťového odporu vlakové soupravy.
Celková tíha soupravy vozidel
Vlaková souprava je tvořena hnacím vozidlem a taţenými vozidly. Celková tíha
vlakové soupravy je dána součtem tíhy jednotlivých vozidel.
n
GV   GVi
i1
i = 1, 2, 3….n
[N]
(2.6)
Celkový vozidlový odpor soupravy vozidel
Celkový vozidlový odpor soupravy vozidel je dán součtem vozidlových odporů
jednotlivých vozidel. Stanovení jízdního odporu vozidel je provedeno v části 2.2.
n
OV   OVi i = 1, 2, 3….n
i1
[N]
(2.7)
Celkový traťový odpor soupravy vozidel
Celkový traťový odpor soupravy vozidel je součtem traťových odporů jednotlivých
vozidel. Stanovení traťového odporu vozidel je provedeno v části 2.5.3.
n
OT   OTi i = 1, 2, 3….n
i 1
[N]
(2.8)
Celková brzdná síla vlakové soupravy
27
Lokomotivní simulátor – část 1.
Za účelem regulace rychlosti pohybu soupravy vozidel se realizuje reţim brzdění
účinkem brzdového zařízení vozidel. . Brzdy pracují na různých principech činnosti a
vytvářejí brzdnou sílu FB, která působí proti pohybu vozidla. Celková brzdná síla soupravy
vozidel je dána součtem brzdných sil jednotlivých vozidel.
n
F  F
B i1 BVi
i = 1, 2, 3….n
[N]
(2.9)
Dosazením uvedených úprav do rovnice podélných sil vlakové soupravy (2.5) obecný
tvar rovnice pohybu vlaku.
FOK  BV  OV  OT  OZR
[N]
(2.10)
Pro pouţití při simulaci je moţno vpouţít rovnicipohybu vlaku v následujícím tvaru.
FOK  BV  OV  OT 
GV
 (1   )  a
g
[N]
(2.11)
Výraz na pravé straně rovnice (2.11) představuje celkový odpor ze zrychlení soupravy
vozidel. Postup výpočtu odporu ze zrychlení vlakové soupravy OZR a součinitele rotačních
hmot vlakové soupravy je popsán v části 2.4.
OZR 
GV
 (1   )  a
g
[N]
(2.12)
Rovnici (2.12) dále upravíme na osamostatnění okamţitého zrychlení soupravy
vozidel do následujícího tvaru.
a
FOK  BV  OV  OT
 g [m·s-2]
GV (1   )
(2.13)
28
Lokomotivní simulátor – část 1.
Tento výpočet je součástí hlavní části programu simulace pohybu soupravy vozidel.
Na základě stanovené hodnoty okamţitého zrychlení soupravy vozidel jsou provedeny další
výpočty pohybu soupravy.
Pro řešení rovnice pohybu vlaku je pouţita analytická metoda výpočtu jízdní doby
s konstantním časovým krokem Δt [s]. Pomocí této metody stanovujeme průběh rychlosti
jízdy vlaku v v závislostí na čase t. Řešení vlakové rovnice (2.13) pomocí počítače je
provedeno jako opakovaný výpočet vlakové rovnice s konstantním časovým krokem Δt.
Velikost časového kroku Δt ovlivňuje přesnost výpočtu simulace jízdy vlaku. Jako základní
hodnota vyla stanovena hodnota Δt = 0,1 s.
Stanovení okamţité rychlosti jízdy soupravy vozidel v k-tém kroku výpočtu
vk  vk 1  ak  Δt [m·s-1]
(2.14)
Stanovení ujeté dráhy soupravy vozidel v k-tém kroku výpočtu
 v  vk
Lk  Lk 1   k 1
2


  Δt

[m]
(2.15)
Stanovení celkového času jízdy soupravy vozidel v k-tém kroku výpočtu
t k  t k 1  Δt [s]
(2.16)
Okamţitá rychlost vlaku v, ujetá dráha vlaku L a celkový čas jízdy vlaku t jsou
základními výstupními hodnotami simulace jízdy vlaku.
Sdělovače řídícího pultu vlaku zobrazují okamţitou rychlost jízdy vlakové soupravy
v km·h-1. Proto převod z rychlosti uvedené v m·s-1 na rychlost v km·h-1 je následující:
V  3,6  v [km·h-1]
(2.17)
29
Lokomotivní simulátor – část 1.
2.2 Výpočet vozidlového odporu soupravy vozidel
Vozidlový odpor vozidel soupravy vozidel patří do skupiny odporů jízdních a lze jej
charakterizovat jako sílu, působící proti směru jízdy vlaku závisejících na okamţité rychlosti
jízdy. Celková hodnota vozidlového odporu je dána součtem hodnot vozidlových odporů
jednotlivých vozidel soupravy vozidel – viz (2.7).
Při posuzování pohybu soupravy vozidel je moţno vozidlový odpor popsat třemi
oblastmi fyzikálních principů:
valivý odpor – charakterizuje odporové síly při odvalování kola po kolejnici – vliv
deformace povrchů v místě dotyku.
ložiskový odpor – charakterizovaný sílami v loţiskách při rotaci dvojkolí.
aerodynamický odpor - charakterizovaný
sílami působení okolního prostředí na
pohybující se vozidlo.
Vozidlový odpor vozidla soupravy se stanovuje z následující rovnice, zahrnující vliv
valivého odporu, loţiskového odporu a aerodynamického odporu.

OVi  GVi  A  B  V  C  V 2

[N]
(2.18)
Pro výpočet vozidlových odporů jednotlivých vozidel soupravy vozidel je důleţité
určit jednotlivých konstant A, B, C. V následující tabulce Tab. 2.1 jsou uvedeny základní
pouţívané typy zátěţe a konstanty jízdních odporů [Široký, 2004].
Tab. 2.1: Základní typy vozidlového odporu
Typ
Charakteristika typu jízdního odporu
R
Konstanty jízdního odporu
A
B
C
Čtyřnápravové osobní vozy typu X aY
1,35
0,008
0,00033
M2
Dvounápravové osobní vozy lehké stavby
1,5
0
0,00869
M4
Čtyřnápravové osobní vozy lehké stavby
1,8
0,01
0,00048
S
Smíšená souprava vozů
1,9
0
0,00047
U2
Dvounápravové nákladní vozy prázdné
2
0
0,0015
U4
Čtyřnápravové nákladní vozy prázdné
2
0
0,0008
T2
Dvounápravové nákladní vozy loţené
1,7
0,003
0,00018
30
Lokomotivní simulátor – část 1.
T4
Čtyřnápravové nákladní vozy loţené
1,3
0
0,00033
Uvedené konstanty je moţno získat i z jiných zdrojů, např. z [ČSD V7, 1984] a další
literatury.
Zadání parametrů jízdního odporu vozidla se provádí pře začátkem simulační úlohy
v editačním menu. U konkrétního vozidla je moţno provést výběr typu jízdního odporu, pro
který jsou přednastaveny konstanty jízdního odporu dle tabulky Tab. 2.1. Další moţností je
ruční editace konstant, která umoţňuje simulovat různé provozní stavy jízdy vlaku ovlivňující
jízdní odpory, jako například provoz v zimě se zvýšeným loţiskovým odporem.
2.3 Výpočet traťového odporu soupravy vozidel
Traťový odpor patří do skupiny aktivních odporů proti pohybu a lze ho
charakterizovat jako sílu rovnoběţnou s podélnou osou vozidel, působící na soupravu vozidel
se závislostí na tíze vozidel a okamţité hodnotě sklonu trati, na kterém se vozidlo nachází.
Celková hodnota traťového odporu soupravy vozidel je dána součtem hodnot traťových
odporů jednotlivých vozidel (2.8).
Velikost hodnoty traťového odporu ovlivňují:
vliv sklonu - OSKL
vliv oblouku - OOBL
vliv tunelu - OTUN
Výsledná hodnota traťového odporu vozidla je dána součtem jednotlivých odporů:
OTi  OSKLi  OOBLi  OTUNi
[N]
(2.19)
Vliv sklonu traťového úseku
Sklon traťového úseku je výsledkem stavebně – technického řešení traťového úseku
při jeho trasování krajinou. Kaţdý traťový úsek je definován velikostí sklonu a kilometrickou
polohou krajních lomů nivelety. Velikost sklonu traťového úseku sj je zadáván v promilích.
Hodnota odporu ze sklonu OSKLj [N] se pro jednotlivé vozidlo vlakové soupravy vypočte
pomocí následujících vzorců:
31
Lokomotivní simulátor – část 1.
OSKLi  Gv  oSKj
oSKj 
sj
1000
[N]
(2.20)
[-]
(2.21)
Vliv oblouku v traťovém úseku
Oblouk v traťovém úseku je výsledkem stavebně – technického řešení traťového úseku
při jeho trasování krajinou. V rámci stanovení traťového odporu jednotlivých kolejových
vozidel pojíţdějící traťový úsek se zabýváme zjišťováním vlivu oblouku na traťový odpor za
předpokladu konstantní hodnoty poloměru zakřivení oblouku. Oblouk je definován velikostí
poloměru zakřivení ROBL a kilometrickou polohou počátku a konce započítávaného oblouku.
Hodnota odporu z oblouku se pro jednotlivé vozidlo vlakové soupravy vypočte pomocí
následujících vztahů (např: [Antonický, 1984]):
OOBLi  GVi  oOBLj [N]
oOBLj 
oOBLj 
650
R j  55  1000


500
R j  301000
(2.22)
Rj ≥ 300 m
[-]
(2.23)
Rj < 300 m
[-]
(2.24)
Vliv tunelu
Vliv tunelu na jízdu vlakové soupravy představují ztráty, způsobené omezeným
prouděním vzduchu kolem vozidla v tunelové rouře a pístovým efektem vytlačování vzduchu
čelem vlaku a nasávání vzduchu koncem vlaku v tubusu tunelu. Proto se při průjezdu
soupravy vozidel tunelem započtení vlivu tunelu do traťového odporu, čímţ se kompenzují
zmíněné ztráty. Velikost traťového odporu z tunelu se stanoví dle následujících vztahů:
OTUNi  Gvi  oTUNj
[N]
(2.25)
Přídavný odpor tunelu pro ţelezniční trať má empirické hodnoty (např: [Antonický,
1984]:
32
Lokomotivní simulátor – část 1.
jednokolejný tunel - oTUNj  0,002
dvoukolejný tunel - oTUNj  0,001
Určení polohy vozidel vlakové soupravy na traťového úseku
Celková hodnota traťového odporu vlakové soupravy je dána součtem traťových
odporů jednotlivých vozidel soupravy vozidel. Proto musí být poloha jednotlivých vozidel
soupravy v traťovém úseku sledována. V případě pohybu vozidla v daném sklonovém úseku
trati, oblouku nebo tunelu je pak pro toto vozidlo stanovena okamţité velikost traťového
odporu. Při simulaci se provádí výpočet traťových odporů soupravy v kaţdém kroku výpočtu
rovnice pohybu vlaku.
Pro určení polohy vlakové soupravy v traťovém úseku je vytvořen vztaţný bod
vlakové soupravy, kterým je čelo soupravy nebo prvního hnacího vozidla ve směru jízdy.
Poloha tohoto bodu od počátku traťového úseku je dána hodnotou okamţité ujeté dráhy
soupravy vozidel, stanovené výpočtem z rovnice pohybu vlaku. Od tohoto bodu se pak
stanovuje poloha jednotlivých vozidel soupravy vlaku podle následujícího výpočtu.
n
LPi  L   LPNi 1
i = 2, 3, 4….n [N]
(2.26)
i 2
LP1  L
- pro první vozidlo vlakové soupravy (hnací vozidlo)
LP 2  L  LPN 1
- pro druhé vozidlo vlakové soupravy
LP3  L  LPN 1  LPN 2 
- pro třetí vozidlo vlakové soupravy
Vypočtené hodnoty polohy jednotlivých vozidel vlakové soupravy v traťovém úseku
jsou porovnávány s polohou sklonových úseku, oblouků nebo tunelů. V případě výskytu
vozidla v délkovém intervalu polohy stavebního prvku na trati je stanovena hodnota
traťového odporu pro jednotlivé vozidlo a proveden součet traťových odporů všech vozidel
vlaku. Tato hodnota je pak předávána k výpočtu vlakové rovnice do hlavní části programu.
33
Lokomotivní simulátor – část 1.
2.4 Výpočet odporu ze zrychlení soupravy vozidel
Odpor ze zrychlení vlakové soupravy patří do skupiny aktivních odporů proti pohybu
a lze ho charakterizovat jako sílu, působící proti okamţité změně rychlosti jízdy vlakové
soupravy. Celková hodnota odporu je dána součtem hodnot odporů ze zrychlení jednotlivých
vozidel soupravy vozidel.
n
OZR   OZRi
i 1
i = 1, 2, 3….n
[N]
(2.27)
Odpor ze zrychlení vlaku je moţno popsat u tří základních skupin pohybujících se
celků kolejových vozidel.
části konající přímočarý posuvný pohyb – skříně vozidel, podvozkové rámy,
vypruţení, přepravovaný náklad a osoby, tzn. vozidlo jako tuchý celek – hmotný bod.
částí konající rotační pohyb přímo odvozený od posuvné rychlosti vozidla– dvojkolí.
části konající rotační pohyb vázaný převodem s dvojkolími – rotory trakčních motorů,
části převodovek, spojovací kloubové hřídele a další
Působením jednotlivých sloţek odporu ze zrychlení získáme následující rovnici:
OZRi  OZRPOSi  OZRROTi  OZRRTPi
[N]
(2.28)
Odpor ze zrychlení posuvných částí vozidla
OZRPOSi 
GVi
a
g
[N]
(2.29)
Odpor ze zrychlení rotujících částí vozidla
OZRROTi  nDVi 
I DVi
a
rKi2
[N]
(2.30)
Odpor ze zrychlení rotujících částí vozidla vázaných převodem
34
Lokomotivní simulátor – část 1.
OZRRTPi  nRPi 
I RPi
 a  pi2
2
rKi
[N]
(2.31)
Abychom zjednodušili výpočet odporu ze zrychlení vozidla v soupravě, a především
z důvodu sníţení počtu početních operací při samotném běhu simulačního programu jsou
provedeny následující úpravy rovnici (2.27):
OZRi 
GVi
I
I
 a  nDVi  DVi
 a  nRPi  RPi
 a  pi2
2
2
g
rKi
rKi
OZRi 

GVi
g 
 a  1  n DVi  I DVi  n RPi  pi2  2

g
rKi  GVi 

OZRi 
GVi
 a  1   i 
g


[N]

(2.32)
[N]
[N]
r
 i  n DVi  I DVi  n RPi  pi2 
2
Ki
(2.33)
(2.34)
g
 GVi
[N]
(2.35)
Součinitel rotujících hmot vozidla vlakové soupravy ρi (2.34) charakterizuje vliv
rotujících částí vozidla a rotačních částí vozidla vázaných převodem na odpor ze zrychlení
tohoto vozidla.
2.5 Výpočet adhezních poměrů při simulaci
Výpočet bude vyuţit při stanovení omezení taţné – brzdné síly na obvodu kol na mezi
adheze Fai pro vozidlo jako limitní síly, kterou je moţno přenést z vozidla na kolejnice a trať.
Výpočet bude taktéţ vyuţit při výpočtu maximální brzdné síly jednotlivých vozidel
vlakové soupravy při brzdění na mezi adheze. Pro popis neţádoucích stavů prokluzu hnacích
dvojkolí na smyku dvojkolí při brzdění budou stanoveny okrajové podmínky.
Základní vztah pro výpočet síly na mezi adheze
35
Lokomotivní simulátor – část 1.
Fai  GVi   AV  Ai
[N]
(2.36)
 AV   A  nP  nT  nK
[-]
(2.37)
Výpočet součinitele adheze
Abychom zjistili hodnotu součinitele adheze µA v závislosti na rychlosti jízdy vlaku
pouţíváme výpočtové vzorce podle Curtiuse – Knifflera nebo Kothera.
Součinitel adheze podle Curtiuse – Knifflera:
 7500

 161  10 3
 V  44

A  
[-]
(2.38)
Součinitel adheze podle Kothera:
 9000

 116   10 3 [-]
 V  42

A  
(2.39)
Koeficient vlivu počasí
Počasí má vliv na kvalitu přenosu sil mezi kolem a kolejnicí, protoţe ovlivňuje
kontaktní podmínky při jízdě vlaku. S ohledem na nemoţnost praktického měření tohoto vlivu
na velikost součinitele adheze zavádíme do výpočtu hodnotu koeficientu np. Stanovené
základní hodnoty koeficientu jsou následující:
np = 1,0
- suché kolejnice, ideální adhezní podmínky
np = 0,8
- vlhké kolejnice, zhoršené adhezní podmínky
np = 0,6
- mokré kolejnice, špatné adhezní podmínky
Koeficient vlivu traťového úseku
Součinitel adheze je ovlivněn dalšími vlivy, které jsou závislé na poloze traťového
úseku na trati, jako jsou například traťové úseky v lese, na přejezdech silničních komunikací a
podobně. Proto do výpočtu zavádíme hodnotu koeficientu nT. Stanovené základní hodnoty
koeficientu jsou následující:
nT = 1,0
- běţný traťový úsek, ideální adhezní podmínky
36
Lokomotivní simulátor – část 1.
nT = 0,9
- traťový úsek v lese, zhoršené adhezní podmínky
nT = 0,8
- traťový úsek na přejezdu, špatné adhezní podmínky
Koeficient vlivu kvality traťového svršku
Kvalitu je moţno popsat počtem závad svršku na jednotkové délce traťového úseku.
Jednotlivé závady představují šroubované styky kolejnic, izolované styky kolejnic, srdcovky
výhybek a další místní poškození jízdní plochy kolejnice.
Hodnota koeficientu vlivu kvality traťového svršku nK nabývá následujících hodnot:
nK = 1,0
- pro Lp > LK
nK = 0,8
- pro Lp ≤ LK
2.6 Matematický model činnosti samočinné vlakové brzdy
V simulačním programu je simulována činnost samočinné tlakové třecí brzdy
ţelezničních vozidel zařazených do soupravy vozidel. Simulační model zahrnuje vliv
konstrukce třecí brzdy špalíkové nebo kotoučové. Matematický způsob vyjádření činnosti
brzdy je stejný v obou případech, rozdíl je pouze v zadání převodu brzdy a součinitele tření
třecí dvojice. Simulace zahrnuje oba základní reţimy brzdění vlaků, 1. a 2. způsob brzdění.
Výpočet brzdné síly vozidla soupravy vozidel
2 
   dVi
   10 5
BVi  f  i Bi  pVi  nVi  
 4  i


[N]
(2.40)
Výpočet součinitele třecí brzdy
Součinitel tření brzdy fi je parametrem s funkční závislostí na rychlosti jízdy vlaku.
Z hlediska průběhu změny tlaku vzduchu v brzdovém válci rozlišujeme dva druhy
brzdění.
1. způsob brzdění – rychle účinkující brzdy
Na Obr. 2.2 vidíme průběh tlaku vzduchu v průběţném potrubí brzdy a v brzdovém
válci při brzdění a odbrzďování vozidla v reţimu 1. stupně brzdění.
37
Lokomotivní simulátor – část 1.
p
(bar)
6,0
pp
5,0
2,0
1,0
0,4 bar
3,0
0,95 pVmax
4,0
pV
0
3 - 5s
t (s)
15 - 20s
Obr. 2.2: Průběh tlaku vzduchu v brzdovém válci při 1. způsobu brzdění.
Brzda je charakteristická rychlým nárůstem tlaku vzduchu v brzdovém válci pVi, který
v čase 3 – 5 sekund dosahuje poţadované hodnoty. Pokles tlaku v brzdovém válci při
odbrzdění je dán časem 15 – 20 sekund.
2. způsob brzdění – pomalu účinkující brzdy
Brzda má pomalý nárůst tlaku pVi, který v čase 18 – 30 sekund dosahuje poţadované
hodnoty. Při aktivaci brzdy je realizován náskok brzdy, který představuje skokové zvýšení
tlaku vzduchu v brzdovém válci na hodnotu pVi = 0,25 bar. Pokles tlaku vzduchu v brzdovém
válci při úplném odbrzdění je dán časovým intervalem 45 – 60 sekund.
Na Obr. 2.3 vidíme průběh tlaku vzduchu v průběţném potrubí brzdy a v brzdovém
válci při brzdění a odbrzďování vozidla v reţimu 2. způsobu brzdění.
38
Lokomotivní simulátor – část 1.
p
(bar)
6,0
pp
5,0
4,0
pV
2,0
0
0,25 bar
1,0
18 - 30s
0,4 bar
0,95 pVmax
3,0
45 - 60s
t (s)
Obr. 2.3: Průběh tlaku vzduchu v brzdovém válci při 2. způsobu brzdění.
Pro potřeby simulace činnosti brzdy jsou průběhy změny tlaku pVi linearizovány se
zahrnutím vlivu různé rychlosti reakce rozvaděčů vozidel jako náhodné veličiny.
V praktickém provozu dochází při reakci rozvaděče vozidla na změny řídící veličiny
k jistým odchylkám od stanovené funkce, které jsou dány opotřebením, vlivem počasí, teploty
a nastavením jeho parametrů při opravě nebo údrţbě. Tento jev je zohledněn ve výše
uvedeném rozpětí časů nárůstu a poklesu tlaku v brzdovém válci. V simulačním modelu brzdy
je toto zahrnuto do výpočtu brzdění formou náhodné veličiny pro kaţdé vozidlo vlakové
soupravy. Na obrázku Obr. 2.4 je ukázka linearizovaného průběhu činnosti samočinné
vlakové brzdy – 1. způsob brzdění.
39
Lokomotivní simulátor – část 1.
Obr. 2.4: Linearizovaný model činnosti samočinné vlakové brzdy – 1. způsob brzdění.
Legenda k Obr. 2.4:
průběh brzdění s minimální dobou nárůstu (tN1) a poklesu tlaku (tP1) pro pP = 3,5 bar
průběh brzdění s maximální dobou nárůstu (tN2) a poklesu tlaku (tP2) pro pP = 3,5 bar
průběh tlaku pP v průběţném potrubí samočinné vlakové brzdy
pP
- tlak v průběţném potrubí brzdy
[bar]
pVi
- tlak vzduchu v brzdovém válci vozu i-tého vozidla
[bar]
pVmaxi - maximální tlak vzduchu v brzdovém válci i-tého vozidla
[bar]
t
- čas
[s]
tB1
- maximální doba brzdění konstantním tlakem i-tého vozidla
[s]
tB2
- minimální doba brzdění konstantním tlakem i-tého vozidla
[s]
tN1
- minimální čas nárůstu tlaku v brzdovém válci i-tého vozidla
[s]
tN2
- maximální čas nárůstu tlaku v brzdovém válci i-tého vozidla
[s]
tP1
- minimální čas poklesu tlaku v brzdovém válci i-tého vozidla
[s]
tP2
- maximální čas poklesu tlaku v brzdovém válci i-tého vozidla
[s]
tZi
- čas zpoţdění reakce brzdy i-tého vozidla
[s]
Výpočet zpoždění reakce brzdy
40
Lokomotivní simulátor – část 1.
Zpoţdění reakce brzdy tZi se projeví opoţděným nárůstem tlaku v brzdovém válci po
sníţení tlaku vzduchu v brzdovém potrubí samočinné vlakové brzdy pp pod hodnotu 4,7 baru.
Tato hodnota představuje spodní hranici pásma necitlivosti brzdy. V případě činnosti brzdy
v reţimu 2. stupně brzdění se po uplynutí doby zpoţdění reakce brzdy tZi aktivuje náskok
brzdy. Zpoţdění reakce brzdy se projeví také při odbrzďování brzdy, kdy se po začátku růstu
tlaku v průběţném potrubí brzdy opozdí reakce rozvaděče o hodnotu tZi.
Doba zpoţdění reakce brzdy je v rámci model simulace závislá na poloze vozidla ve
vlaku s ohledem na průraznou rychlost proudění vzduchu v průběţném potrubí – pro výpočet
je průrazná rychlost stanovena na 280 m·s-1. Poloha vozidla ve vlaku (vzdálenost od čela
vlaku) je určována výpočtem před zahájením simulační úlohy.
Zpoţdění reakce brzdy tZi stanovujeme výpočtem:
t Zi 
LPBi
v PRU
[s]
(2.41)
LPBi  LPBi1  LPNi1
[m]
(2.42)
Výpočet tlaku vzduchu v brzdovém válci
Tlak vzduchu v brzdovém válci pVi je řízen činností rozvaděče. V rámci poţadovaného
brzdícího stupně, realizovaného odpovídajícím sníţením tlaku v průběţném potrubí, je
potřeba určit nejvyšší dosaţenou hodnotu tlaku vzduchu v brzdovém válci:
pVXi 
4,7  p p
i Ri
[bar]
(2.43)
Rovnice platí pouze pro pVXi > 0.
i Ri 
p pr
pV max i
[-]
(2.44)
Tlak v průběţném potrubí pp se pohybuje v rozmezí 4,7 – 3,5 baru, je to tzv. regulační
rozsah. Tlak v brzdovém válci pVi je v hodnotách 0 - pVmax. Hodnota maximálního tlaku
vzduchu v brzdovém válci je stanovena pro samočinné vlakové brzdy schválené brzdovou
komisí UIC na hodnotu 3,8 baru.
41
Download

Část 1