Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Jak utrhnout lokomotivě pastorek

Jak utrhnout lokomotivě pastorek

Ing. Josef Košťál, redakce Elektro

Železnice – to je svět sám pro sebe a ne každému je dopřáno nahlédnout alespoň částečně do jejího zákulisí. Dny rozkvětu a veřejné vážnosti železné dráhy u nás již dávno patří minulosti a spadají především do období tzv. první republiky. Cestování vlakem bylo v té době prestižní záležitostí a skvělým dobrodružstvím. Strojvůdce byl společensky i profesně velmi váženou osobou s privilegiem oficiála pod penzí. Politické změny po druhé světové válce se však negativně promítly do celkové úrovně dráhy a v podvědomí lidí se zakořenily přívlastky jako nespolehlivá, nepružná a špinavá. V propasti tohoto veřejného opovržení se tak neprávem ocitli i skuteční odborníci – železničáři, kteří své řemeslo milovali a dělali často víc, než museli.

Úvod

Když se v sedmdesátých letech minulého století hledaly na železnici finanční rezervy, došlo i na lokomotivní čety, které do té doby jezdily v parní trakci (ta byla záhy zrušena a od té doby je provozována jen jako atrakce pro děti a pro milovníky nostalgických jízd) ve složení strojvedoucí a topič, v ostatních trakcích ve složení strojvedoucí a pomocník strojvedoucího.

Obr. 1.

Obr. 1. Motorová lokomotiva T 478.1002 v továrních barvách

Ono úsporné opatření spočívalo v zavedení tzv. jednomužné obsluhy lokomotiv, a to především v osobní dopravě na neelektrifikovaných tratích. Aby bylo možné v této oblasti jednomužnou obsluhu realizovat, byly příslušné motorové lokomotivy vybaveny zabezpečovacím zařízením LVZ (liniový vlakový zabezpečovač). Toto zařízení má v podstatě dvě funkce: jednak kontrolovat bdělost strojvedoucího (tzv. živák, který v případě neschopnosti strojvedoucího řídit lokomotivu např. při nevolnosti umožňuje samočinně zastavit vlak, popř. lokomotivu), jednak přenášet návěstní znaky návěstidel automatického bloku na stanoviště strojvedoucího (tzv. návěstní opakovač, který však funguje jen na kódovaných tratích). Tímto zařízením byly osazeny i dieselelektrické lokomotivy řady T 478.1 (podle nového číselného značení 751).

Zamračená alias Bardotka

První prototypy motorových lokomotiv T 478.1 měly výrazně vyčnívající oblý předek (obr. 1), a tak se jim začalo říkat Bardotka (podle francouzské filmové herečky Brigitte Bardotové, sexidolu šedesátých let minulého století), pro sériově vyráběná čísla této řady, která měla již střídmější čela kabin a připomínala spíše mračící se čelo, se vžila přezdívka Zamračená. Tyto stroje byly projektovány v polovině šedesátých let dvacátého století podle požadavků tehdejší ČSD pro dopravu osobních a lehčích nákladních vlaků na hlavních neelektrizovaných tratích. Uvedených lokomotiv, zavedených do zkušebního provozu v roce 1965, bylo do roku 1971 sériově vyrobeno více než dvě stě (základní technické údaje v tab. 1) a většina z nich je v provozu dodnes.

Tab. 1. Základní technické údaje sériově vyráběné lokomotivy T 478.1

Parametr

Údaj

druh trakce

nezávislá

druh práce

osobní a nákladní doprava

přenos výkonu

dieselelektrický stejnosměrný

uspořádání dvojkolí

Bo´-Bo´

rozchod

1 435 mm

výkon naftového motoru při 775 min–1

1 103 kW (1 500 ks)

délka přes nárazníky

16 500 mm

šířka skříně

2 900 mm

maximální šířka

3 074 mm

výška k temeni střechy

4 356 mm

průměr hnacích kol při tloušťce obruče 75 mm

1 000 mm

dovolené opotřebení obruče

40 mm

hmotnost při plném vyzbrojení

75 t

maximální rychlost

100 km·h–1

tažná síla na háku při rozjezdu (činitel adheze 0,25)

176,5 kN

trvalá tažná síla na háku (rychlost 26 km·h–1)

115,7 kN

rozsah využití jmenovitého výkonu naftového motoru

17 až 87 km·h–1

zásoba paliva pro naftový motor a parní generátor

2 500 l

zásoba vody pro parní generátor

2 500 l

množství mazacího oleje v naftovém motoru

650 l

množství vody v chladicím okruhu

1 200 l

zásoba písku v písečníkách

260 l

Konstrukce Zamračených je skříňová se dvěma samostatnými stanovišti pro lokomotivní četu. Ve strojovně je umístěn naftový přeplňovaný čtyřdobý stojatý šestiválcový motor (K 6 S 310 DR) s vrtáním 310 mm (zdvihový objem 163,2 l) a výkonem 1 103 kW při 775 min–1. Elektrický přenos výkonu (obr. 2) naftového motoru na hnací nápravu je realizován stejnosměrným přenosovým zařízením (tab. 2), skládajícím se z hlavního (trakčního) generátoru (HG), dynamobudiče (B) a čtyř tlapových sériových trakčních elektromotorů (M1 až M4), které jsou paralelně připojeny k trakčnímu generátoru.

Obr. 2.

Obr. 2. Trakční diagram (závislost tažné síly na rychlosti) motorové lokomotivy T 478.1
Obr. 3. Druhé stanoviště strojvedoucího s neregistračním rychloměrem (uprostřed v řadě pěti signalizačních kontrolek je žlutá kontrolka skluzu s vyobrazením spirály, vpravo dole ovládací „volant“ jízdního kontroléru)

Řídicí obvody jsou napájeny napětím 110 V DC z akumulátorové baterie (BA), popř. nabíjecího dynama (ND). Ve strojovně je dále parní generátor (PG 500) s naftovým kotlem pro vytápění vlakových souprav osobních vozů parou. Podvozek má otevřený rám s vedením dvojkolí kyvnými rameny s jednostupňovým vypružením šroubovými zpruhami opatřených hydraulickými tlumiči svislých kmitů. Tažná síla je přenášena otočným čepem s boční vůlí.

Pojezd lokomotivy byl výrobně dobře ověřen, je hmotnostně úsporný a nenáročný na údržbu. Jeho nevýhodou však jsou nepříliš příznivé adhezní vlastnosti, a právě to vede k častým provozním problémům při rozjezdech a jízdách do stoupání za zhoršených adhezních podmínek, tedy především na podzim a v zimě.

Optimalizace rutiny

V době těsně po zavedení jednomužné obsluhy byli strojvedoucí motorových lokomotiv nuceni se vypořádat s mnoha problémy, které při dvoumužné obsluze byly snadnou a běžně řešitelnou rutinou. Většina z nich se snažila najít nový optimální systém, který by maximalizoval úsporu času na vykonávání nezbytných úkonů a minimalizoval provozní rizika. Optimální systém strojvedoucímu umožňuje pracovat podle principu „relaxed but alert„, tj. uvolněný, ale ostražitý, kdy větší část duševní zátěže (rutinu) přebírá podvědomí; to snižuje únavu strojvedoucího, a naopak zvyšuje jeho výkon, a tím i bezpečnost. Do této oblasti patří kromě jiného také „zlepšováky„, které by měly alespoň částečně nahradit chybějícího pomocníka na lokomotivě a obecně usnadnit práci. Obr. 3. Některé z těchto zlepšováků se osvědčily a byly oficiálně zapracovány do pracovních postupů, jiné byly zavrženy nebo zakázány. Do druhé kategorie patřil i zlepšovák nazvaný tři-sta-z-místa, který měl vymyslet strojvedoucí Pepa z depa. Důvodem jeho optimalizační snahy byly právě nepříliš příznivé adhezní vlastnosti Zamračených a jeho zlým snem jízdy za nepříznivých adhezních podmínek v zimním období jednak v obloucích do stoupání v lesních zásecích s nákladními vlaky se zátěží, která často (bez jeho vědomí) překračovala povolenou normu, jednak razantní rozjezdy s osobními vlaky pro krácení jízdních dob při zpožděních.

Provozní situace

V ideálním případě, tj. při jízdě s vlakem, jehož hmotnost nepřekračuje povolenou mez, za sucha, bez zpoždění, při celkově dobře seřízené lokomotivě a správně fungujících bezpečnostně-ochranných prvcích, by se mohla problémová provozní situace např. při odjezdu osobního vlaku taženého Zamračenou ze stanice odvíjet asi takto:

  1. výpravčí dává odjezd,
  2. strojvedoucí odbrzdí lokomotivu a začne se „citlivě“ rozjíždět,
  3. pozvolna přidává jízdní stupně jízdním kontrolérem (obr. 3), což umožňuje jednak plynule zvyšovat rychlost jízdy vlaku, jednak pohybem kontroléru vybavovat živák,
  4. otáčky motoru se plynule zvyšují,
  5. nedojde k prokluzu kol,
  6. motor nestopne,
  7. parní generátor „neskáče do poruchy„ a dobře topí,
  8. LVZ neodpadne,
  9. vlak se plynule rozjíždí,
  10. strojvedoucí kontroluje situaci za sebou i před sebou a vlak podle jízdního řádu opouští železniční stanici.

Tab. 2. Základní technické údaje stejnosměrného přenosového zařízení

Parametr

Trakční motor

Hlavní generátor

Soustrojí dynamobudiče

dynamo

budič

typ

TE 005 C

TD 802 C

DT 701-4

DT 760-4

výkon (kW)

245

980

14,4

16,2

napětí (V)

415

408

115

90

proud (A)

590

2 400

125

180

otáčky (min–1)

640

775

2 400

2 400

maximální otáčky (min–1)

3 100

800

3 000

3 000

odpor kotvy (20 °C)

0,01965

0,00202

0,0233

0,06

počet uhlíků (ks)

8

50

8

8

tlak uhlíků (kg)

3,3

1,6

0,6

0,8

průměr komutátoru (mm)

324

595

200

200

hmotnost (kg)

1 750

4 795

500

500

Za nepříznivé „konstelace„, např. při krácení jízdních dob, za zhoršených adhezních podmínek v zimním období, kdy parní generátor „skáče do poruchy„ a měnič LVZ je přecitlivělý na kolísání napětí a živák občas nelze z neznámých příčin vybavit a navíc je naftový motor náchylný k přeběhnutí otáček, by obdobná situace za odjezdu osobního vlaku ze stanice mohla vypadat asi takto:

  1. výpravčí dává odjezd,
  2. strojvedoucí odbrzdí lokomotivu a začne se razantně rozjíždět (snaží se dohnat zpoždění),
  3. jízdní kontrolér nevybavuje živák,
  4. dojde k prokluzu kol, čímž se odlehčí sériové trakční motory, které z konstrukčních důvodů nesmí pracovat bez zátěže (neřízeným zvyšováním otáček může u sériových stejnosměrných elektromotorů dojít v extrémním případě k jejich mechanickému poškození, např. k roztržení vinutí odstředivou silou), odlehčí se i generátor a návazně i naftový motor (ten má tendenci v prvním okamžiku prudce zvýšit otáčky, v čemž mu má zabránit odstředivý regulátor, který ale v tomto případě nefunguje dobře, tj. má časově příliš dlouhou odezvu),
  5. zaúčinkuje skluzová ochrana (obr. 4),
  6. zaúčinkuje přeotáčková ochrana, tj. výsmekový regulátor zareagoval na přeběh otáček (asi 835 ± 10 min–1) naftového motoru a zcela uzavřel přívod paliva do válců ještě dříve, než mohla být realizována opatření skluzové ochrany, a motor jde do stopu,
  7. parní generátor „skočil do poruchy„ a už netopí,
  8. LVZ odpadlo z důvodu kolísání napětí a otevřel se ventil nouzového zastavení vlaku, které nelze (podobně jako při použití záchranné brzdy) regulovat,
  9. vlak za skřípotu brzd neřízeně, tj. bez možnosti jakékoliv regulace intenzity brzdění, zastavuje,
  10. strojvedoucí situaci nekontroluje ani za sebou, ani před sebou a v podstatě nemůže s daným stavem nic dělat; ve vlaku mezitím padají tašky a cestující nadávají na kulturu cestování,
  11. po zastavení vlaku musí strojvedoucí „natáhnout„ výsmekový regulátor, nastartovat naftový motor (spouštění zajišťuje trakční generátor, který je pomocí startovacích stykačů G1 a G2 připojen při startu jako sériový motor napájený z akumulátorové baterie), zapnout LVZ, v pěti krocích spustit parní generátor (mezitím mu pořád někdo buší na kabinu, aby se zeptal, co se stalo),
  12. po vykonání všech těchto nezbytných úkonů na lokomotivě je vlak opět připraven k odjezdu a zpocený, ale bdící strojvedoucí se tentokrát velmi citlivě rozjíždí a doufá, že se stejná nebo podobná „katastrofa„ již nebude opakovat (alespoň ne v tento den).
Obr. 4.

Obr. 4. Elektrické schéma obvodu trakčních motorů

Obdobné situace s prokluzováním kol jsou však ještě častější (a problémovější) při jízdě s nákladními vlaky, jejichž hmotnost se pohybuje na hranici zátěžové normy (nezřídka i nad ní), do stoupání v obloucích v lesních zásecích na podzim a v zimě. Za takovýchto nepříznivých adhezních podmínek, kdy jsou koleje velmi kluzké, může dojít k prokluzu kol v plném tahu lokomotivy, která jede na hranici trvalé rychlosti (asi 26 km·h–1). Nedokáže-li strojvedoucí za této situace udržet vlak v pohybu nebo klesne-li rychlost vlaku pod kritickou mez, vlak zpravidla uvázne na trati, neboť jeho rozjezd z klidu je v tomto případě téměř nemožný. Tím vzniká dopravní problém, a to zvláště na jednokolejné trati. Pro uváznutý vlak je třeba vypravit pomocnou lokomotivu, jejíž jízda je řízena z bezpečnostních důvodů podle zvláštních ustanovení návěstních a dopravních předpisů (tzv. jízda podle rozhledu). Často jde o jízdu v noci nebo za snížené viditelnosti, kdy nezřídka není známa ani kilometrická poloha uváznutého vlaku.

Zlepšovák tři-sta-z-místa

Při procházení elektrického schématu zjistil Pepa z depa, že by mohl využít elektrickou informaci o skluzu kol, kterou svými pracovními dotyky dává relé skluzové ochrany (RS). Skluzová ochrana reaguje na prokluz dvojkolí na kolejnici, přičemž vznikající skluz se projeví rozdílem napětí mezi dvěma sousedními elektromotory. Relé skluzové ochrany jsou zapojena vždy mezi dva sousední elektromotory a v důsledku rozdílu napětí proteče vinutím příslušného relé RS1, RS2 nebo RS3 vyrovnávací proud, který při určité velikosti způsobí jeho sepnutí. Klidové dotyky relé RS11, RS21 nebo RS31 přitom přeruší obvod relé stavěče otáček RE a RD. To vede ke snížení otáček naftového motoru až na 2. otáčkový stupeň, tj. asi na 380 min–1, a tím ke snížení výkonu generátoru, což umožní obnovit adhezní valení kol po kolejnici. Pracovní dotyky RS12, RS22 a RS32 skluzových relé spínají signální kontrolky skluzu KA a KA* (hvězdička je pro prvky umístěné na II. stanovišti lokomotivy) a pracovní dotyky RS13, RS23 a RS33 signální houkačky HK a HK* na stanovištích strojvedoucího.

Obr. 5. Elektrické schéma obvodu skluzové ochrany a pískování Obr. 5.

Zlepšovák tři-sta-z-místa využívá pracovní dotyky RS12, RS22 a RS32 skluzových relé. Ty při sepnutí některého relé skluzové ochrany propojí vodič 202, který vede od kladného pólu baterie přes jistič J2 na svorky signálních kontrolek skluzu KA a KA*. Přemosťovacím kabelem s krokosvorkami se propojí (obr. 5) bod A na svorkách signálních kontrolek skluzu KA a KA*a bod B na svorkách pomocných pracovních dotyků přepínače směru (přepínač směru mění směr proudu v budicím vinutí trakčních motorů, čímž se realizuje změna směru otáčení, tedy i směru jízdy). Dojde-li nyní ke skluzu dvojkolí, sepne přes přemostění A-B a příslušný pomocný pracovní dotyk přepínače směru PZ3 nebo PZ4 odpovídající elektropneumatický ventil sypače písku VS1 nebo VS2 a písek se začne sypat přímo pod prokluzující kola (za současného rozsvícení kontrolky skluzu KA a KA* a houkání signální houkačky HK a HK*). Jakmile skluz pomine, rozpojí se pomocné pracovní dotyky RS12, RS22 nebo RS32 skluzových relé a přeruší se přívod proudu do přemostění, a tím i do obvodu příslušného elektropneumatického ventilu sypače písku; ten uzavře přívod stlačeného vzduchu do pískovacího zařízení (vypne se akustická i vizuální signalizace skluzu – kontrolky a houkačky) a přeruší se sypání písku pod kola.

Zhodnocení a závěr

Aby bylo možné posoudit oprávněnost tohoto zlepšováku na zavedení do praxe, je třeba se nejprve podívat na jeho kladné a záporné stránky, tj. porovnat jeho výhody a nevýhody.

Výhody:

  • jednoduchost řešení,
  • snadná (přenosná) instalace,
  • téměř nulová investice (jednožilový kabel v délce asi 30 cm opatřený na obou koncích krokosvorkami),
  • možnost zachytit skluz dvojkolí v počáteční fázi, a tím preventivně zabránit uvedeným problémům,
  • okamžité samočinné sypání písku pod kola při detekování skluzu dvojkolí skluzovou ochranou.

Nevýhody:

  • nutnost udržovat pískovací zařízení v bezvadném provozním stavu (při zvýšené vlhkosti vzduchu na podzim a v zimě dochází ke slepování písku v písečníkách, a při mrazech dokonce k jejich zamrznutí, a je tak někdy velmi těžké tuto podmínku splnit),

  • riziko zapískování výměn (hrozí přidření dálkově stavěných výměn a následně i spálení přestavovacího elektromotoru a v důsledku toho dopravní problém),

  • v extrémním případě při střídání skluzu s razantním „zakousnutím„ dvojkolí (prudkém nárůstu adheze) riziko utržení pastorku*),

  • neschválené řešení, které by mohlo být považováno za zásah do konstrukce lokomotivy.

Obr. 6.

Obr. 6. Zamračená stoupá v zimě obloukem s lesním zásekem

Z uvedeného porovnání vyplývá, že využití tohoto zlepšováku v praxi není racionální, neboť převažují jeho záporné stránky se závažnějšími důsledky, než je např. zpoždění nebo uváznutí vlaku na trati. Zpoždění bývá ve více než osmdesáti procentech způsobeno jinými (dopravními) důvody než potížemi s lokomotivami a uváznutí vlaku na trati představuje sice závažnější, ale zato poměrně výjimečně se vyskytující problém především na lokálních tratích s náročnými sklonovými poměry, ale s menší dopravní důležitostí.

Vzhledem k tomu, že není dobré ani smysluplné trhat lokomotivám pastorky (zvláště ne Zamračeným – Bardotkám), nelze používání uvedeného zlepšováku v žádném případě doporučit.
[PANTŮČEK, V. – ZICH, L.: Motorová lokomotiva T 478.1. Nakladatelství dopravy a spojů, Praha, 1971.]


*) Pohon dvojkolí je řešen jednostrannými ozubenými koly s rovnými zuby. Velké ozubené kolo, jehož ozubení je povrchově kaleno a zpevněno válečkováním v patách zubů, je nalisováno na sedle nápravy. Cementovaný pastorek je nalisován na hřídeli trakčního motoru. Převodový poměr mezi pastorkem a velkým kolem je 16 : 77 zubům.