Lokomotywa ES64U4
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
Lokomotywa ES64U4 ne. Był to impuls do opracowania projektów całej rodziny loko- 2 września 2006 r. na szlaku między Inglostad a Norym- motyw Eurosprinter. Podstawowymi produktami tej platformy są bergą w Niemczech, po ponad 51 latach pobito rekord lokomotywy: towarowa – ES64F oraz uniwersalna – ES64U. Po- prędkości konwencjonalnej lokomotywy, który wynosi te- nieważ towarowa lokomotywa ES64F4 (oznaczana przez koleje raz 357 km/h. Został on ustanowiony przez seryjnie pro- niemieckie jako BR 189) była kilka lat temu prezentowana na ła- dukowaną lokomotywę typu ES64U4 (nazywaną w Austrii mach , tak więc dalsza część artykułu ograniczona zostanie „Taurus”, a w Polsce „Husarz”), skonstruowaną i wypro- tylko do przedstawienia lokomotywy uniwersalnej typu ES64U4. dukowaną przez Siemens AG. Pierwsze zamówienie na 50 lokomotyw uniwersalnych złoży- ły w firmie Siemens koleje austriackie. W 2000 r. przekazano ko- Przyjmowanie gratulacji i wymiana uścisków przez załogę pocią- lejom ÖBB 50 jednosystemowych lokomotyw, które zostały ozna- gu testowego złożonego z lokomotywy i wagonu pomiarowego czone jako RH1016. Prowadzone intensywne prace nad rozwojem poprzedzone było kilkuletnią pracą nad rozwojem konstrukcji ro- konstrukcji lokomotyw Eurosprinter umożliwiły w następnym roku dziny lokomotyw Eurosprinter. wyjście na przeciw zapotrzebowaniom operatorów na lokomotywy dwusystemowe, i tak lokomotywy tego typu zostały przekazane Rodzina lokomotyw Eurosprinter kolejom: niemieckim (oznaczenie BR 182), austriackim (ozna- Idea budowy platformy lokomotyw Eurosprinter zrodziła się czenie Rh1116) oraz węgierskim (Rh 1047). Łącznie wyproduko- w końcu lat 90. XX w., kiedy zaistniało realne zapotrzebowanie wano ponad 300 tego typu lokomotyw. przewoźników na nowoczesne lokomotywy towarowe i uniwersal- Rys. 1. Wymiary lokomotywy ES64U4 12/2009 45 Kolejnym etapem rozwoju konstrukcji lokomotywy Eurosprin- ter było opracowanie lokomotywy czterosytsemowej ES64U4, która następnie weszła do seryjnej produkcji. Lokomotywy tego typu zostały przekazane kolejom austriackim (oznaczenie RH 1216) oraz słoweńskim (SZ 541). Rys. 2. Malowanie lokomotywy ES64U4 „Husarz” dla PKP Intercity S.A. W sierpniu 2008 r. podpisano umowę na zakup przez PKP Intercity S.A. dziesięciu lokomotyw ES64U4. W wyniku przepro- Tabela 1 wadzonego konkursu lokomotywy te uzyskały wdzięczną nazwę Podstawowe parametry techniczne ES64U4 „Husarz”. Szerokość toru 1435 mm Skrajnia zgodna z UIC 5051 Układ mechaniczny Układ osi Bo’Bo’ Konstrukcja nadwozia Systemy napięciowe AC 15 kV 16,7 Hz; 25 kV 50 Hz; DC 3 kV; DC 1,5 kV Stalowe pudło lokomotywy jest konstrukcją modułową składającą Moc ciągła dla każdego systemu się z ramy, dwóch kabin maszynisty, ścian bocznych i dachu. AC 15 kV 16,7 Hz i 25 kV 50 Hz 6400 kW Miedzy kabinami maszynisty znajduje się przedział maszynowy, DC 3 kV 6000 kW DC 1,5 kV 4200 kW dla ułatwienia montażu przykryty przez łatwo zdejmowane Masa w stanie służbowym 87 t ±2,5% segmenty dachowe, stanowiące podstawę montażową dla elek- Maksymalny nacisk zestawu kołowego 21,75 t (225 kN) trycznego wyposażenia umieszczonego na dachu lokomotywy. Maksymalna siła trakcyjna przy rozruchu 304 kN Wyposażenie przedziału maszynowego jest rozmieszczone syme- (przy masie lokomotywy 87 t i µ=0,36) trycznie po jego obu stronach w ten sposób, że komunikację Maksymalna siła hamowania 240 kN między obiema kabinami maszynisty zapewnia prosty korytarz, Prędkość maksymalna sieć AC 230 km/h sieć DC 200 km/h biegnący wzdłuż osi lokomotywy. Kable układów elektrycznych Długość ze zderzakami 19 580 mm oraz rury systemu pneumatyki znajdują się w osobnym kanale, Rozstaw wózków 9900 mm umiejscowionym pod korytarzem przejściowym, co – po demon- Baza wózka 3000 mm tażu płyt przykrycia – ułatwia dostęp do kabli. Transformator Średnica kół (maks./min) 1150/1070 mm zamontowano do ramy lokomotywy w środkowej części, w prze- Zakres temperatur –30°C do +40°C strzeni między wózkami napędowymi. Rozmieszczenie elemen- Minimalny promień łuku 90 m (przy V = 5 km/h) tów w przedziale maszynowym pokazano na rysunku 4. Nadwozie lokomotywy zostało zaprojektowane w ten sposób, że przy zderzeniach do prędkości 40 km/h następują jedynie uszkodzenia zderzaków i elementów zderzeniowych – pochła niających do 1 MJ energii (crash elementy). Poprawność takiej konstrukcji została potwierdzona w przeprowadzonych testach zderzeniowych. Ergonomiczne kabiny maszynisty są doskonale izolowane przed hałasem, zmianami temperatury i ciśnienia. Konstrukcja wózków Lokomotywa wyposażona jest w dwa dwuosiowe wózki ze wszyst- kimi osiami napędowymi. Ramy wózków są konstrukcją spawaną, na których – poprzez sprężyny typu Flexicoil – opiera się pudło lokomotywy. Siły pociągowe i hamowania przenoszone są z wóz- ka na pudło lokomotywy poprzez czop skrętu. Rys. 2. Wykres siły pociągowej/siły hamowania ES64U4 (trakcja AC) Rama wózka jest spawanym profilem skrzynkowym. Podsta- wowymi jej elementami są: dwie podłużnice i poprzecznice koń- cowe, poprzecznica środkowa oraz wsporniki. Rama jest oparta na korpusach maźnic zestawu kołowego poprzez dwie sprężyny śrubowe na każdym korpusie. Tłumienie drgań w pierwszym stopniu odsprężynowania jest zapewnione przez cztery amortyza- tory hydrauliczne. Zestaw kołowy jest łożyskowany poprzez bezobsługowy ze- spół łożysk wałeczkowych, których konstrukcja zapewnia bezawa- ryjną pracę do piątego poziomu utrzymania. Zespół silnika trakcyjnego i przekładni zamocowany jest do poprzecznicy środkowej wózka w jednym punkcie (możliwość obrotu) oraz za pomocą dwóch wahaczy do poprzecznicy końco- wej. Tłumienie ruchów poprzecznych zespołu napędowego gwa- rantuje amortyzator silnika. Moment obrotowy z silnika trakcyjne- go na zestaw kołowy przenoszony jest przez odsprężynowaną, Rys. 3. Wykres siły pociągowej/siły hamowania ES64U4 (trakcja DC) 46 12/2009 Rys. 5. Układ napędowy wózka lokomotywy ES64U4 Rys. 4. Rozmieszczenie elementów w przedziale maszynowym lokomotywy ES64U4 jednostopniową przekładnię o zębach skośnych, wał drążony oraz łączniki metalowogumowo w układzie gwiazdowym. Duże koło przekładni, poprzez dodatkowe mniejsze koło zę- bate, napędza osobny wał hamulcowy, na którym osadzone są po dwie tarcze hamulcowe. Rozwiązanie takie jest konieczne ze względu na maksymalną prędkość lokomotywy – 250 km/h. Kon- strukcja wózka zapewnia pełne odsprężynowanie zespołu silnika, przekładni i wału napędowego. Widok i przekrój układu napędowego przedstawiono na ry- sunkach 5 i 6. Rys. 6. Przekrój układu napędowego wózka lokomotywy ES64U4 Napęd trakcyjny Układ napędowy lokomotywy ES64U4 składa się z czterech asynchronicznych silników trakcyjnych oraz dwóch przekształtników, w konstrukcji któ- rych zastosowano tranzystory IGBT. Każdy silnik trakcyjny zasilany jest poprzez falownik impulso- wy (PWR) o zmiennym napięciu i częstotliwości. Obwody pośrednie prądu stałego (DC) każdej przetwornicy są ze sobą połączone za pomocą odłącznika. Przy zasilaniu lokomotywy z sieci prądu przemiennego AC dwa przekształtniki czte- rokwadrantowe 4QS zasilają obwody pośrednie DC wraz z połączonym do nich równolegle 100 Hz lub 33,4 Hz obwodem rezonansowym. Impulsowy falownik PWR jest zasilany z obwodu pośredniego DC. Umożliwia to przepływ energii w obu kierunkach zarówno podczas jazdy, jak i hamowania lokomotywy. Przy zasilaniu prądem Rys. 7. Schemat ideowy napędu lokomotywy (tylko dla jednego wózka) stałym połączone obwody pośrednie DC zasilane są poprzez dwustopniowy filtr sieciowy bezpośrednio z sieci trak- Podczas hamowania, w przypadku możliwości odbioru ener- cyjnej. Uzwojenia wtórne transformatorów oraz dławiki obwodów gii elektrycznej powstającej w silnikach trakcyjnych przez inny rezonansowych wyko rzystywane są jako dławiki filtrów siecio- pojazd, odbywa się zwrotne przekazywanie energii do sieci trak- wych, kondensator obwodu rezonansowego służy jako kondensa- cyjnej – hamowanie odzyskowe, tzw. rekuperacja. Przy zasilaniu tor filtra sieciowego. z sieci prądu stałego (DC) hamowanie odbywa się rekuperacyj- 12/2009 47 nie, ale w przypadku wyczerpania się możliwości odbioru energii Podstawowe funkcje realizowane przez urządzenie sterujące przez sieć trakcyjną, wytwarzana energia kierowana jest na rezy- ASG to: stor hamowania. W przypadku usterek w elementach półprzewod- wstępne przeważanie poleceń, nikowych przetwornicy lub w jednym z silników trakcyjnych zadawanie i przetwarzanie wymaganych wartości parametrów, układ elektryczny lokomotywy umożliwi dalszą jej jazdę ze sterowanie elektrycznym systemem przeciwpoślizgowym przy zmniejszoną mocą, a uszkodzony element zostanie odłączony. rozruchu i hamowaniu, Pozwala to lokomotywie na jazdę z co najmniej 75% jej maksy- sterowanie falownikiem trakcyjnym, malnej siły trakcyjnej i mocy. kontrola i ochrona wyposażenia trakcyjnego, Lokomotywa ES64U4 ma dwa zespoły przekształtników, a co testowanie wyposażenia trakcyjnego (np. w trakcie przygoto- za tym idzie dwa obwody zasilania urządzeń pomocniczych. Je- wania do jazdy), den z nich jest wykorzystywany do zasilania urządzeń stale zasi- wszechstronna diagnostyka przyporządkowanego wyposażenia lanych, takich jak: klimatyzacja, sprężarki pompy, urządzenia do trakcyjnego. ładowania akumulatorów. Drugi zasila ze zmienną częstotliwością Komunikacja urządzenia sterującego ASG z centralnym cyklicznie załączane instalacje chłodzenia powietrza z regulacją urządzeniem sterującym (ZSG) odbywa się poprzez magistralę minimalizującą częstotliwość załączeń i moc, co ogranicza hałas pojazdu. na zewnątrz lokomotywy, a także wpływa na zmniejszenie zużycia energii pobieranej