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

Strela se srdcem Sousedík

Strela se srdcem Sousedík

Ing. Josef Košťál, redakce Elektro

Slovenská strela, rychlý osobní motorový vůz nezávislé trakce pendlující pravidelně od roku 1936 do roku 1939 mezi Prahou a Bratislavou, byla vybavena původním českým elektromechanickým přenosem výkonu. Tento trakční systém, chráněný československým patentem, byl ve své době pokrokovým a svou podstatou geniálním řešením přenosu síly ze spalovacího motoru na hnací nápravu. Jeho duchovním otcem byl význačný český elektrotechnik a původní majitel továrny ve Vsetíně Josef Sousedík (obr. 1). Sousedíkova originální koncepce přenosu byla v motorové trakci převratná a neměla ve světě obdoby.

1. Slovenská strela aneb expresní motorový vůz M 290.0

1.1 Historie
Ve třicátých letech dvacátého století se elektrifikace na Československých drahách (ČSD) nacházela „v plenkách“ a převážná většina tratí byla pojížděna parní nebo motorovou vozbou nezávislé trakce. O zavedení elektrického provozu v nezávislé trakci (akumulátorové dvounápravové vozy tramvajového typu osazeného 280 akumulátorovými články 50 A·h) se na železnici pokoušel již v letech 1899 až 1901 František Křižík na trati Modřany–Zbraslav. První elektrifikovaná dráha Tábor–Bechyně byla uvedena do provozu v roce 1903. V roce 1925 byla zahájena elektrifikace pražských nádraží (asi 25 km) systémem 1 500 V DC (v květnu 1962 byla celá tato síť přepnuta na soustavu 3 kV DC). Další připravované elektrifikace byly na dlouhou dobu přerušeny událostmi roku 1938 a následným obsazením a rozpadem Československa a vypuknutím druhé světové války. V listopadu 1957 byl zahájen elektrický provoz Praha – Česká Třebová, v roce 1960 se začalo elektricky jezdit mezi Olomoucí, Přerovem a Valašským Meziříčím a od roku 1963 až do Ostravy. V roce 1966 byl zahájen elektrický provoz se střídavou soustavou 25 kV, 50 Hz na tratích G. Jeníkov – H. Brod – Jihlava a H. Brod – Brno Židenice. Do Bratislavy se začalo elektricky jezdit v roce 1967. Roku 1985 byla dokončena elektrifikace trati Břeclav–Přerov, 1995 Brno–Přerov a v roce 1999 Brno – Č.Třebová.

Obr. 1. Obr. 1. Josef Sousedík a Slovenská strela

Začátkem třicátých letech minulého století byly z iniciativy ministerstva železnic hledány nové cesty, jak zlevnit a zrychlit železniční dopravu. Nové motorové vozy měly být reprezentativní, nejrychlejší a nejpohodlnější. Měly v sobě spojovat špičkovou techniku a originalitu vynálezců. Tato obecná kritéria představovala soubor požadavků na lehkou a tichou konstrukci vozu s velkým zrychlením a ekonomickým provozem. Ministerstvo železnic pečlivě zvažovalo nabídky (do úvahy přicházel i např. lehký italský motorový vůz Littorine, který byl roku 1933 předváděn v Praze a na tratích ČSD) a nakonec dalo zakázku kopřivnické Tatře na dva samostatné rychlé motorové vozy druhé třídy pro maximální rychlost 130 km·h–1. Tyto vozy byly určeny pro rychlé spojení mezi Prahou a Bratislavou (s jedinou zastávkou v Brně).

Vedením projektu nového motorového vozu Slovenské strely byl pověřen Hans Ledwinka, šéf konstrukce a pozdější technický ředitel kopřivnické Tatrovky. V roce 1935 vstoupil do konstrukčního týmu elektrotechnik, vynálezce a konstruktér Josef Sousedík, který byl pověřen řešením přenosu výkonu. Josef Sousedík se zhostil tohoto úkolu s neuvěřitelným entusiasmem a 25. února 1936 patentoval princip elektromechanického přenosu výkonu.

Obr. 2. Obr. 2. Slovenská strela M 290.001 na trati

Návrh motorového vozu byl podroben zkouškám aerodynamického odporu ve vzduchovém kanále Vojenského vědeckého ústavu. V lednu 1936 byla testována hrubá stavba skříně při zatížení v simulované pevnostní zkoušce. Skříň vyhověla a byla přemístěna do vozovky, kde již čekaly podvozky, včetně pohonu vyzkoušeného ve zkušebně. Dne 28. února 1936 přidělilo ministerstvo železnic oba expresní motorové vozy do správy ředitelství Bratislava (proto na nich byly nápisy ve slovenštině). První jízdní zkoušky byly velmi úspěšné. Konstrukční tým však nebyl zcela spokojen s dieselovými motory pro jejich hlučnost, a proto byly vyměněny za benzinové. Na základě úspěšných zkoušek byl nový motorový expres zařazen jako Slovenská strela (obr. 2) do připravovaného jízdního řádu 1936/1937. Expresní motorové vozy Slovenské strely se nikdy nevyráběly sériově – vyrobily se pouze dva prototypy a na základě tehdy používaného Kryšpínova systému značení*) byly označeny M 290.0 s inventárními čísly 01 a 02.

Brány kopřivnické Tatrovky opustily v červnu 1936. Od zavedení grafikonu železniční dopravy 1936/1937 jezdily pravidelně až do roku 1939 (jejich provoz přerušila druhá světová válka). Motorové vozy

Slovenské strely se střídaly v provozu v jednodenním taktu, tzn. že v určitý den jezdil např. vůz M 290.001 a druhý vůz M 290.002 byl odstaven v bratislavském depu. Trať dlouhou 397 km projížděly za 4 h a 51 min, zatímco nejrychlejší rychlík tažený lokomotivou projížděl tuto trať v této době za 5 h 51 min (zpět do Prahy to bylo 6 h 1 min). Čistá jízda Slovenské strely trvala jen 4 h 16 min a průměrná cestovní rychlost byla 92 km·h–1. Ve srovnání s Modrým šípem (motorové vozy řady M 274.0 ze Škody Plzeň, které jezdily od roku 1934 z Prahy do Plzně, Českých Budějovic, Klatov, Liberce, Mostu a Teplic) byla Slovenská strela stabilnější na výhybkách a měla třicetiprocentní úsporu energie. Dne 3. června 1936 dosáhl jeden z vozů na trati Přerov – Česká Třebová neuvěřitelné rychlosti 148 km·h–1 na dráze dlouhé 500 m při průměrné jízdní rychlosti 110 km·h–1 se dvěma zastávkami, což byla na československých drahách rekordní rychlost. Rozjezd vozu byl velmi rychlý. Na rovině z klidu dosáhl rychlosti 130 km·h–1 asi za 3 min na dráze 4,4 km (italská chlouba té doby Littorine potřebovala na stejnou rychlost čas 6 min a dráhu asi 10 km). Brzdění bylo rovněž velice účinné. Na spádu 6,7 ‰ zastavil vůz z rychlosti 105 km·h–1 po použití rychlobrzdy asi za 25 s na dráze 400 m.

Obr. 3. Obr. 3. Dvounápravový podvozek s hnacím soustrojím

Po druhé světové válce tyto expresní vozy již nevyhovovaly frekvenci dopravy a byly s nástupem „jednotného“ způsobu přepravy využívány jen pro dopravu vládních delegací (např. v době norimberského procesu jezdily z Prahy do Norimberku jako přímé kurýrní vlaky). Expresní motorový vůz M 290.001 byl v roce 1953 vyřazen z provozu a převezen do železničních dílen v Šumperku a následně do Vagónky Studénka. Ve Studénce stál na odstavné koleji, kde ho ničili vandalové. Počátkem šedesátých let minulého století kompletně vyhořel (údajně se vzňal od jisker z projíždějící parní lokomotivy). Druhý vůz M 290.002 sloužil jako ministerská záloha v lokomotivním depu Praha-Libeň až do roku 1960, kdy byl zrušen a předán do podnikového muzea Tatry Kopřivnice.

1.2 Celkový technický popis
Konstrukce základního uspořádání (1A) (A1) obou motorových vozů (tab. 1) byla shodná. Každý vůz měl dva dvounápravové podvozky (obr. 3) nové, zvláštní konstrukce bez kolébky, avšak se silentblokem. Na každém podvozku byla uložena jedna samostatná pohonná jednotka, která byla složena ze zážehového motoru Tatra (tab. 2) a speciálního elektromechanického přenosového systému Sousedík. Každý podvozek byl opatřen vnitřní hnanou nápravou (dvojkolím) a vnější volnou nápravou.

Tab. 1. Technické údaje – motorový vůz M 290.0

Parametr

Hodnota

výrobce

Tatra Kopřivnice

rok výroby

1936

délka vozu

25 100 mm

vnější šířka skříně

2 850 mm

výška střechy nad kolejnicí

3 410 mm

maximální výška

3 665 mm

hmotnost prázdného vozu (služební hmotnost)

36 000 kg

hmotnost plně obsazeného vozu (max. hmotnost)

42 580 kg

vozová třída

2

počet oddílů

2 (kuřácký a nekuřácký)

počet sedadel celkem

72 (32 v nekuřáckém oddíle a 40 v kuřáckém)

maximální tlak na nápravu

11 020 kg

počet náprav

4

uspořádání pojezdu

1A´ A1´(vnitřní dvojkolí podvozku hnací, vnější dvojkolí volné)

vzdálenost otočných čepů podvozku

18 500 mm

rozvor podvozku

4 150 mm

průměr kol

920 mm

přenos síly

elektromechanický – systém Sousedík

přenos výkonu

DC/DC-M (stejnosměrný/stejnosměrný-mechanický)

brzdová soustava

vlaková tlakovzdušná (systém Knorr) a ruční mechanická pro zajištění stojícího vozidla

zrychlení 0 až 130 km·h–1

čas asi 3 min na dráze 4,4 km

maximální rychlost

148 km·h–1 (M 290.002)

povolená rychlost

130 km·h–1

cestovní rychlost

92 km·h–1

objem palivové nádrže

2 × 220 l

elektrické osvětlení

soustava ERA 24 V

vytápění

teplovodní (kotel na tuhá paliva)

Tab. 2. Technické údaje – zážehový motor T-67

Parametr

Hodnota

typ

T-67

počet

2

uložení

v každém podvozku

palivo

lihobenzinová směs

počet válců

6 v řadě

rozvod

OHV

objem

16 600 cm3

vrtání

140 mm

zdvih

180 mm

výkon (jeden motor)

123 kW (165 koňských sil) při 1 360 min–1

chladicí médium

voda (chladič s nezávisle poháněnými ventilátory)

Celistvá kola byla kovaná z jednoho kusu, přičemž vnitřní (kontaktní) plocha věnců kol fungovala jako brzdový buben. Pro lepší odvod tepla byla opatřena otvory. Jízdní plocha kol měla výjimečnou kuželovitost 1 : 40 a 1 : 20. Na nápravě byla kola nasazena na drážkovaném kuželu a zajištěna maticí. Dvojkolí byla v podvozku uložena na vnitřních samostavných valivých ložiskách SKF, spojených ocelovou trubkou. Na hnacím dvojkolí s převodem 1 : 1,71 byla realizována i reverzace pohonu pneumaticky ovládanou zubovou spojkou, takže v záběru s pastorkem bylo vždy jen jedno kuželové kolo nápravy hnacího dvojkolí. Primární odpružení bylo řešeno dvojicí listových pružnic (nápravy), sekundární šroubovými pružinami (podvozky).

Vůz byl vybaven tlakovzdušnou dvoukomorovou brzdou systému Tatra-Knorr a dvěma ručními brzdami. Tlakovzdušná bubnová brzda měla dva brzdové válce a působila přes brzdové čelisti na vnitřní plochy věnců kol. Při brzdění zajišťovala i pískování. Ruční mechanická brzda působila jen na přilehlý podvozek. Písečníky byly umístěny na vnějších stranách podvozku a u nehnaných náprav měly instalovány malé sněhové pluhy.

Celokovová samonosná skříň charakteristického aerodynamického tvaru měla lehkou svařovanou konstrukci z tenkostěnných ocelových trubek kruhového a čtyřhranného průřezu. Původní nátěr měl višňovou barvu. Střecha s nátěrem v barvě starého zlata byla přinýtována.

Dva oddíly druhé třídy se sedadly s rámem z pochromovaných trubek byly odděleny malou kuchyňkou se zásobníkem na teplou vodu, ledničkou a vařičem. Nekuřácký oddíl byl osazen pěti páry odpružených a polstrovaných sedadel pro čtyři osoby, kuřácký oddíl měl o jeden pár sedadel méně.

Obr. 4. Obr. 4. Sousedíkovo hnací soustrojí (konečná verze); 1 – spalovací motor, 2 – generátor, 3 – mechanická synchronizační spojka, 4 – rotující stator generátoru, 5 – sběrné ústrojí generátoru, 6 – trakční motor, 7 – stator trakčního motoru, 8 – sběrné ústrojí trakčního motoru, 9 – převod, 10 – kardan

Stanoviště strojvedoucího na obou čelech vozu byla současně využívána jako nástupní prostor, kde byla umístěna i toaleta a skříň s topnou jednotkou na tuhá paliva, kde se ohřívala voda pro teplovodní vytápění. Vůz byl větrán střešním ventilačním kanálem. Vozy nebyly vybaveny standardním svěšovacím a narážedlovým ústrojím, neboť byly určeny jen pro „sólový“ provoz. Pro nouzové svěšování byly vybaveny pevným okem a lehkými nárazníky.

Pohonnou jednotku tvořily dva spalovací motory, řadové vodou chlazené šestiválce o průměru 140 mm se zdvihem 180 mm. Při 1 360 min–1 dávaly výkon 123 kW (165 HP). Jako palivo se používala lihobenzinová směs. Každý motor poháněl čerpadlo chladicího vodního okruhu, větrák chlazení článků chladiče a tříválcový pístový kompresor, který zásoboval brzdový systém a pomocná pneumatická zařízení stlačeným vzduchem. Odvod spalin z motorů byl veden ohebnou hadicí přes tlumič na střechu vozu do aerodynamicky tvarovaných komínů. Chladič umístěný na podvozku měl nucenou cirkulaci vzduchu větrákem.

Vůz se ovládal plynovou (akcelerační) pákou a kontrolérem. Pro zlepšení bezpečnosti provozu byly vozy vybaveny zařízením (předchůdce zařízení na kontrolu bdělosti strojvedoucího používaného v současné době, tzv. živáku), které při neschopnosti strojvedoucího samočinně zastavilo vlak.

Elektrická výzbroj motorového vozu se skládala z těchto hlavních částí:

  • elektrický obvod pro přenos výkonu od spalovacího motoru na hnací nápravu, včetně řídicích a kontrolních obvodů,

  • elektrický obvod pro osvětlení, včetně dynam a akumulátorové baterie,

  • elektrický obvod spouštěče (startér) spalovacího motoru.

Obr. 5. Obr. 5. Ideální využití výkonu pro tři systémy přenosu: mechanický, elektrický a elektromechanický

Pro napájení pomocných zařízení, osvětlení a dobíjení baterií byl v každém agregátu zabudován pomocný elektrický stroj s jmenovitým napětím 24 V a výkonem 1,2 kW. Ze společné sítě těchto dvou agregátů byly napájeny elektromagnetická spojka, řízení a speciální spouštěče (startéry). Hlavní stroje pracovaly s proměnlivým napětím podle charakteru elektrického přenosu. Při rychlosti 60 km·h–1 to bylo napětí 300 V, proud 160 A (hodinový výkon), při rychlosti 90 km·h–1 200 V, 160 A (trvalý výkon).

2. Přenos výkonu systém Sousedík

2.1 Čtvrtý typ přenosu
Josef Sousedík vynikal tvůrčím technickým talentem a konstruktérskou odvahou při řešení elektrotechnických problémů. Ve své vynálezecké činnosti se soustředil především na oblast přístrojů, pohonů, trakce a automatické regulace. Svůj první patent přihlásil již v roce 1920 a v průběhu následujících dvaceti let dosáhl seznam patentů a patentových přihlášek úctyhodného počtu 58 v tuzemsku a 164 v zahraničí. V roce 1927 získal patent na elektromobil, který představoval originální řešení pohonu, spočívající v kombinaci výbušného motoru a elektromotoru. Tento princip uplatnil také u Slovenské strely, nejrychlejšího vozu ČSD, který se zásadně lišil od dosavadních konstrukcí motorových vozů nejen svým aerodynamickým tvarem, ale především novým systémem přenosu hnací síly od spalovacího motoru na hnací nápravu vozu.

V polovině třicátých let dvacátého století měly tehdejší ČSD v provozu více než pět set motorových vozů se spalovacími motory se třemi typy přenosu:

  • 300 vozů s mechanickým přenosem obvykle přes ozubenou převodovku – nevýhodou tohoto přenosu byly skokové změny rychlosti způsobující trhání vozu, nepříznivé namáhání a opotřebování převodových součástí,

  • 200 vozů s elektrickým přenosem, tj. agregát spalovací motor plus generátor a trakční elektromotory – nevýhodou byly ztráty vznikající přeměnou mechanické energie v elektrickou a naopak a komplikovaná strojová zařízení podstatně zvyšující mrtvou hmotnost vozu,

  • 1 vůz s hydraulickým přenosem přes hydromechanickou převodovku, který byl ve zkušením provozu.

Obr. 6. Obr. 6. Principiální schéma přenosu podle Sousedíka

Josef Sousedík navrhl čtvrtý typ přenosu – elektromechanický (obr. 4). Základní myšlenka Sousedíkova vynálezu spočívala ve využití elektrického soustrojí jako elektrické převodovky k dosažení několikanásobného zvětšení záběrného momentu hnacího dvojkolí při rozjezdu a přímého spojení hnací nápravy se spalovacím motorem po ukončení rozběhu vozu (v oblasti maximálních rychlostí). Tento systém byl kombinací mechanického a elektrického přenosu a s mechanickým a hydraulickým přenosem měl společný kardanový pohon hnací nápravy. Jeho podstatným aspektem byl přenos plného krouticí momentu spalovacího (primárního) motoru přímo na hnací nápravu, a to téměř již od nulové rychlosti vozidla.

2.2 Trakční diagramy a porovnání přenosů
Výkon spalovacích motorů je v trakci omezen hmotností, cenou a hospodárností provozu. Při ideálním přenosu síly od spalovacího motoru na hnací nápravu vozidla by měl být spalovací motor při všech rychlostech vozidla plně zatěžován a tento plný výkon přenášen s maximální a málo proměnnou účinností na nápravu vozidla. Využití plného výkonu je při rozjezdu až do dosažení určité dolní rychlostní meze (rychlost na mezi adheze) omezeno adhezí mezi dvojkolím a kolejnicí. U vozidel M 290.0 je tato rychlost za předpokladu součinitele adheze f = 0,15 pro prázdné vozidlo 35 a pro plně obsazené 29 km·h–1 (střední hodnota je 32 km·h–1, tj. 25 % maximální rychlosti 130 km·h–1).

Na obr. 5 je znázorněno ideální využití výkonu na obvodu kola hnací nápravy pro tři systémy přenosu (souhrnné porovnání viz tab. 3), a to pro čtyřstupňovou převodovku s ozube nými koly (tenká plná čára), pro čistě elektrický přenos (čerchovaná čára) a pro elektromechanický přenos (tučná plná čára). U všech tří systémů se předpokládá, že při rozjezdu se výkon na obvodu kola zvyšuje podle adhezních přímek pro součinitele adheze f = 0,15, takže při rychlosti rovnající se 25 % maximální rychlosti by mělo být dosaženo plného výkonu spalovacího motoru. Bezztrátový, tj. ideální přenos představují spojnice bodů 0–N1–N2. Ztráty v kardanu, které se vyskytují u elektromechanického i ozubeného převodu, jsou uvažovány ve výši 5 % (střední hodnota). Ztráty v ozubeném převodu činí 2,5 %. Průměrné ztráty elektrického přenosu, tj. přeměny mechanické rotační energie na elektrickou a elektrické energie na rotační mechanickou jsou 18 %. Pro rozjezd 0 až 25 % maximální rychlosti se u všech tří systémů předpokládá pohyb po adhezní přímce; výkon spalovacího motoru je z důvodu krytí ztrát vyšší.

Tab. 3. Porovnání tří trakčních systémů přenosu výkonu

Druh přenosu

Dílčí rychlostní pásmo 25 až 100 % maximální rychlosti

Celé rychlostní pásmo 0 až 100 % maximální rychlosti

střední přenášený výkon na nápravě vzhledem k primárnímu výkonu (%)

střední účinnost přenosu (%)

střední přenášený výkon na nápravě vzhledem k primárnímu výkonu (%)

mechanický

76,0

93,0 (jen teoreticky)

69,0

elektrický

79,5

79,5

71,5

elektromechanický

88,0

89,0

78,0

Čtyřstupňový ozubený převod
Nejlepší využití výkonu čtyřstupňového převodu ozubenými koly je při řazení stupňů na úrovních 22, 44 a 70 % maximální rychlosti. Spojnice bodů 0–A–B–C–D–E–F–G udává průběh mechanického přenosu výkonu na obvodu kola. Na posledním stupni je účinnost 95 %, neboť spalovací motor je přímo připojen na kardanovou hřídel. Střední výkon v rozsahu 25 až 100 % rychlosti vozidla činí 76 % výkonu spalovacího motoru (100 %) a v jízdním režimu 0 až 100 % dosahuje velikost středního výkonu 69 %.

Elektrický přenos
Spojnice bodů 0–H–J představuje elektrický přenos. U čistě elektrického přenosu lze počítat v průměru s téměř konstantní účinností ve výši 79,5 % výkonu spalovacího motoru, v jízdním režimu 0 až 100 % s výkonem 71,5 %.

Obr. 7.

Elektromechanický přenos systém Sousedík
Elektromechanický přenos reprezentuje spojnice bodů 0–K–L–M–G. Při rychlosti 25 % maximální rychlosti je přímo přenášeno 25 % výkonu spalovacího motoru. Ztráty v kardanovém převodu a v ložiskách činí asi 6 % (tj. z celého výkonu spalovacího motoru 6 × 0,25 = 1,5 %). Elektricky je při uvedené rychlosti přenášeno 75 % výkonu spalovacího motoru a ztráty tohoto přenosu jsou 20,5 % (tj. z celého výkonu spalovacího motoru 20,5 × 0,75 = 15,4 %). Celkové ztráty kombinovaného přenosu jsou zaokrouhleně 1,5 + 15,4 = 17 % a na obvodu kola hnací nápravy je v tomto případě 83 % výkonu spalovacího motoru. Při maximální rychlosti je výkon na obvodu kola hnací nápravy 95 % výkonu spalovacího motoru (5 % ztrát v kardanovém převodu). Střední výkon na obvodu kola je v rozmezí 25 až 100 % maximální rychlosti 88 % výkonu spalovacího motoru a v rozmezí 0 až 100 % maximální rychlosti 78 % výkonu spalovacího motoru.

2.3 Původní principiální schéma systému Sousedík
Na obr. 6 je znázorněn princip elektromechanického přenosu systému Sousedík podle patentového spisu číslo 53 735 z 25. února 1936. Spalovací motor (1) pohání rotor (4) generátoru G. Stator (3) generátoru je pevně spojen hřídelí (5) s kardanovým převodem (6), který otáčí hnací nápravou vozu. Rotor generátoru kopíruje otáčky spalovacího motoru a stator generátoru má otáčky odpovídající rychlosti vozu. Na hřídeli (5) je upevněn rotor (8) trakčního elektromotoru, jehož stator (7) je pevně spojen se skříní celého soustrojí, a tudíž se neotáčí. Spojkou (9) lze oba rotující systémy vzájemně pevně spojit (stator i rotor generátoru se pak otáčejí společně), čímž je vytvořen přímý pohon od spalovacího motoru k nápravě vozu. Generátor a trakční motor mají sériové cizí buzení z akumulátorové baterie (20) a lze je stejnými rezistory R pomocí páky (13) shuntovat (zeslabovat pole paralelním připojením rezistorů k buzení). Shuntování je možné u generátoru i trakčního motoru řídit ručně nebo automaticky kontrolérem. Jednotlivé stupně jsou spínány elektromagnetickými stykači. Zvláštními kroužky je napájena z baterie také elektromagnetická spojka (9), která v bezproudovém stavu pevně spojuje oba rotační systémy. K přerušení proudu dojde v nejkrajnější pravé poloze (16) páky (13). Rotory obou elektrických strojů jsou mezi sebou spojeny, přičemž se zřetelem na rotující stator generátoru jsou zde nutné tři kroužky (střední je společný pro buzení a proud rotorů). Pákou (22), která je ve spojení s akcelerační pákou (21), lze spojení obou rotorů přerušit a zařadit paralelně rezistory P k rotoru trakčního motoru. Reverzní přepínač (23) je určen k přepólování kotvy trakčního motoru při změně směru otáček spalovacího motoru.

Obr. 8. Obr. 7. Přenos energií po nastartování spalovacího motoru
Obr. 8. Přenos energií při rozjezdu

Pohon je řízen speciálním kontrolérem, zajišťujícím ve spojení s pákou akcelerátoru a s odstředivým regulátorem správnou manipulaci a maximální ekonomii provozu vřazováním elektrického převodu, až když točivý moment spalovacího motoru nestačí pro pohon vozidla.

2.4 Funkční schéma systému Sousedík
Konečná verze přenosu použitá u Slovenské strely měla několik odlišností od původního principiálního schématu popsaného v odstavci 2.3. Hlavní rozdíl spočíval v tom, že se spalovacím motorem byl pevně spojen stator generátoru, zatímco s hnací nápravou byl pevně spojen rotor generátoru. Sériový trakční motor byl umístěn vedle tohoto soustrojí a ozubeným převodem (1 : 2,73) poháněl kardanovou hřídel. Ozubené kolo na kardanu bylo vybaveno volnoběžkou. Hnací náprava byla poháněna kuželovými koly a zubová spojka zajišťovala reverzaci. Zasunování bylo realizováno vzduchovými válci se společnou pístní tyčí. Zařazený směr jízdy byl indikován kontrolkou na stanovišti strojvedoucího. Při poruše jedné hnací jednotky byl možný nouzový dojezd s odstavením motoru a nastavením zubové spojky do střední polohy, tj. mimo záběr.

2.4.1 Start spalovacího motoru
Nastartováním spalovacího motoru se roztočí také stator generátoru, který je s ním spojen napevno. Páka (13) je v levé krajní poloze. Rotor generátoru je buzen z akumulátoru, trakční elektromotor je odpojen. Po několika sekundách, které stačí k zmagnetování a nabuzení generátoru, je akumulátor odpojen. Spalovací motor běží naprázdno – zahřívá se; generátor běží naprázdno, výkon se nepřenáší (obr. 7).

Obr. 9. Obr. 9. Uplatnění indukční složky
Obr. 10. Přímý mechanický přenos výkonu
Obr. 11. Elektrické brzdění rekuperací

2.4.2 Rozjezd vozu
Pootočením páky (13) na první stupeň se slabě nabudí generátor, vznikne napětí, které protlačí proud v obou rotorech. Generátor vyrábí stejnosměrný proud, skluzové otáčky (rozdíl rychlostí otáčení rotoru a statoru) generátoru jsou maximální. V generátoru i v trakčním motoru, který dostává plný proud, vzniknou točivé momenty, které působí ve stejném smyslu přes převodovku a kardan na hnací nápravu. Vozidlo se začíná rozjíždět (obr. 8). Točivý moment v generátoru je po odečtení ztrát identický s točivým momentem spalovacího motoru, který je však pro vysoké otáčky spalovacího motoru velmi malý a nestačil by na rozjezd vozu. Naproti tomu lze u trakčního motoru dosáhnout velkého točivého momentu (plné pole a silný proud). Souhlasně se statorem generátoru se začíná otáčet také rotor generátoru, který je pevně spojen s hnací nápravou. Skluzové otáčky generátoru se zmenšují a jsou nepřímo úměrné zrychlování vozu. Současně se zapnutím motoru, který zatíží generátor, se začíná uplatňovat i indukční složka přenosu, která je v této fázi poměrně malá. Pro popisovaný systém přenosu je charakteristické, že přenáší na nápravu vozidla i točivý moment generátoru, který účinkuje nejen jako zdroj elektrického proudu pro trakční motor, ale i jako elektrická spojka přenášející energii ze spalovacího motoru na nápravu vozidla. Napětí, a tím i rotorový proud, který v důsledku zmenšení skluzových otáček poklesne, lze vyrovnat zesílením magnetického toku v generátoru pohybem páky (13) směrem doprava (zvětší se odpor zapojený paralelně k budicím vinutím). Zároveň je možné také zvýšit otáčky spalovacího motoru akcelerační pákou. S rostoucí rychlostí vozidla se zvětšuje výkon, který je přenášen generátorem jako elektrickou spojkou. Páka (13) je ve střední poloze. Buzení generátoru i trakčního motoru je plné, shuntovací rezistory jsou odpojeny.

Obr. 10.

2.4.3 Rychlost 40 až 70 km·h–1
Trakční motor stále pohání hnací hřídel, skluzové otáčky poklesly asi na 40 až 50 % původního hodnoty, soustava však jako celek otáčky zvyšuje. Strojvedoucí řídicí pákou upravuje nastavení buzení tak, aby byla účinnost soustrojí optimální. Indukční odpor, který klade ještě stále rychleji běžící stator pomalejšímu intenzivně buzenému rotoru, se začíná výrazně uplatňovat při přenosu krouticího momentu (obr. 9) a generátor začíná fungovat jako elektrická spojka. Za tohoto stavu je přenášený poměr krouticího momentu z trakčního motoru a indukčního odporu generátoru asi 1 : 1.

2.4.4 Rychlost 80 km·h–1 a vyšší
Dalším pohybem páky (13) směrem doprava jsou shuntovací rezistory zařazovány paralelně k buzení elektromotoru, čímž se jeho otáčky zvětšují. Při velké rychlosti vozidla přenáší trakční motor již jen malou část výkonu a účinnost elektrického, a tím i indukčního přenosu prudce klesá. Protože jsou otáčky statoru a rotoru generátoru v této fázi téměř shodné (synchronní běh), lze trakční motor vypnout a náběhově pružnou elektromagnetickou spojkou napevno spojit rotor se statorem generátoru (jejich skluzová rychlost bude nyní nulová). Toto lze realizovat v pravé krajní poloze páky (13) na kontaktu (16), přičemž dojde k vypnutí buzení obou elektrických strojů. Tím byla elektrická regulace soustrojí vyřazena (volnoběžka vypíná mechanický přenos síly do převodovky a trakční motor se zastavuje) a spalovací motor je přímo spojen přes kardan s hnací nápravou vozu (obr. 10). Krouticí moment je přenášen ze spalovacího motoru přímo na hnací nápravu a generátor i trakční motor působí jako setrvačníky. Pohyb vozidla je nyní řízen jen pružností a sílou spalovacího motoru.

Obr. 11.

2.4.5 Elektrické brzdění rekuperací
Rezistory P jsou určeny k elektrickému brzdění vozu rekuperací (zpětné dodávání elektrické energie) z trakčního motoru M. Po uzamčení volnoběžky se krouticí moment od hnací nápravy přenáší zpět do trakčního motoru. Ten začne pracovat jako dynamo (obr. 11). Rotor trakčního motoru klade pevnému statoru vlivem elektromagnetické indukce silný odpor, který je úměrný vyráběnému proudu. Ten je mařen v brzdných rezistorech – pohybová energie vozu se přeměňuje nejprve na elektrickou energii a poté na tepelnou. Vůz začne zpomalovat a otáčky soustrojí klesají. Současně se začnou zvyšovat skluzové otáčky generátoru. Generátor se v této fázi na přenosu energie nepodílí (cívky rotoru generátoru nejsou buzeny a pólové nástavce generátoru jsou rozpojeny). S klesající rychlostí klesá i účinnost elektrické brzdy. Při poklesu rychlosti vozu pod 20 km·h–1 je účinek rekuperačního brzdění velmi malý, a proto je třeba vůz dobrzdit vlakovou tlakovzdušnou brzdou.

3. Závěr

Po druhé světové válce byl vývoj drážních hnacích vozidel nezávislé trakce zaměřen především na zdokonalování regulace elektrického přenosu a zlepšování jeho účinnosti. To bylo umožněno novými poznatky z oblasti elektrotechniky, použitím vhodnějších materiálů, ale zejména rozvojem polovodičové techniky.

Slovenská strela reprezentovala technický pokrok předválečného úsilí o rychlou dopravu na českých drahách a stala se díky správně zvolené konstrukční i designové originalitě technickým klenotem a chloubou ČSD a je po více než sedmdesáti letech stále živou výzvou pro české techniky a konstruktéry. Na tomto úspěchu má zásadní zásluhu všestranný technik, vynálezce, vlastenec a dobrý člověk: Josef Sousedík.

Literatura:
[1] Elektrotechnický obzor, 1937, ročník 26, mezinárodní č. 10, s. 154–157, 249–252, 331–336.
[2] BEK, J.: Atlas lokomotiv. NADAS, Praha, 1971.
[3] SOUSEDÍK, J.: Elektricko-mechanický převod rychlíkového motorového vozu, zvaného Slovenská strela.
[4] Archiválie Tatry Kopřivnice.

http://www.parostroj.net/
http://web.polasek.net/


*) V roce 1920 předložil Ing. Vojtěch Kryšpín řešení systému značení hnacích kolejových vozidel. Tento systém rozlišoval hnací kolejová vozidla podle jejich technických parametrů. Systém byl úředně zaveden v roce 1923 a definitivní podobu získal v roce 1925. Byl používán až do konce roku 1987 (od 1. ledna 1988 platí nový nadnárodní systém značení). Podle Kryšpínova systému má drážní označení např. motorového vozu M 290.001 Slovenské strely tento význam: M motorový vůz, 2 počet hnacích náprav (dvojkolí), 9 maximální rychlost 120 km·h–1 0 přibližná hmotnost na jednu hnací nápravu 10 t, 0 konstrukční skupina, 01 rozlišovací, tj. pořadové číslo.