5. POJAZDY TRAKCYJNE Klasyfikacja pojazdów Pojazdem trakcyjnym jest pojazd wytwarzający siłę pociągową za pomocą jednego lub wielu silników. Większość pojazdów trakcyjnych stanowią pojazdy kołowe. W kołowych pojazdach trakcyjnych niekoniecznie wszystkie koła muszą być kołami napędnymi. Koła nie napędzane nazywają się kołami tocznymi. Nowoczesne lokomotywy i wagony silnikowe mają jednak zwykle wszystkie koła napędzane w celu maksymalnego wykorzystania ich masy. Początkowo w kolejnictwie istniała wielka rozmaitość typów lokomotyw, często zaopatrzonych w osie lub wózki toczne, które miały zwiększać stateczność ich biegu. Liczbę osi tocznych przyjęto oznaczać cyframi, a liczbę sprzężonych mechanicznie osi napędnych kolejnymi dużymi literami. Jeśli osie mają napęd indywidualny, to przy literze oznaczającej liczbę osi dodaje się małą cyfrę 0, a jeśli są umieszczone w ramie wózka, a nie w ramie pudła lokomotywy – przecinek.

Na przykład: 1D1 to lokomotywa, która ma po jednej osi tocznej z każdej strony oraz 4 zestawy kołowe osadzone w pudle i napędzane wspólnie. C’0 C’0 to lokomotywa na dwóch wózkach i trzech osiach napędzanych oddzielnie. Współcześnie budowane lokomotywy nie mają na ogół osi tocznych, a na PKP są eksploatowane wyłącznie lokomotywy typu B’0 B’0 oraz C’0 C’0. Ponieważ praktycznie nie buduje się obecnie lokomotyw bezwózkowych, dlatego dla wygody pomija się przecinki oznaczające osadzenie zestawów kołowych w wózkach, a nie w ramie pudła. Oznacza się więc lokomotywę 4-osiową (4-silnikową) B0B0, a lokomotywę 6-osiową (6-silnikową) C0C0.

Przedsiębiorstwa kolejowe oznaczają lokomotywy symbolami określającymi ich serię, typ i przeznaczenie. Na PKP przyjęto oznaczenia literowo-cyfrowe. Litery oznaczają rodzaj lokomotywy, a cyfry – jej serię. Oprócz tego jest podawany kolejny numer lokomotywy danej serii. Stosowane są następujące dwuliterowe oznaczenia lokomotyw: pierwsza litera: E – elektryczna, S – spalinowa, T – towarowa, druga litera: P – pasażerska, U – uniwersalna, M – manewrowa.  

Podstawowe parametry popularnych lokomotyw   seria EU07 ET21 ET41 układ osi B0B0 C0C0 B0B0 + B0B0 masa [t] 82 114 167 prędkość max.[km/h] 125 100 125 moc godzinna [kW] 2080 2400 4160 moc ciągła [kW] 2000 1860 4000 siła pociąg. max. [kN] 180 230 650 min. stopień wzbudz. 22% 50% 22% B0B0 + B0B0 to dwie połączone przegubowo na stałe lokomotywy 2 – wózkowe 4 – osiowe.

Współczesne lokomotywy mają konstrukcję wózkową, to znaczy składają się z nadwozia, spoczywającego (w zdecydowanej większości) na dwóch wózkach. Nadwozie lokomotywy składa się z pudła i ostoi zespawanych w jedną całość. Ostoja pudła stanowi ramę składającą się z belek podłużnych i poprzecznych. Nadwozie musi pomieścić całe wyposażenie lokomotywy, z wyjątkiem silników trakcyjnych, osadzonych w ramie wózka. Zespołem trakcyjnym nazywa się skład określonej liczby wagonów połączonych na stałe, których część lub wszystkie są wyposażone w silniki trakcyjne. Zespoły trakcyjne stosowane są wyłącznie w ruchu pasażerskim podmiejskim lub regionalnym. Pudło wagonu zespołu musi być dostosowane do przewozu pasażerów i w związku z tym możliwie cała aparatura elektryczna powinna być rozmieszczona pod pudłem i na dachu. Tramwaj to obecnie, również jak zespół trakcyjny, zestaw składający się z dwóch lub trzech wagonów sterowanych wspólnie z wagonu czołowego lub wagony dwu- lub nawet trzyczłonowe zwane tramwajami przegubowymi.

Rozmieszczenie aparatury elektrycznej pod pudłem wagonu silnikowego zespołu trakcyjnego 1 – silniki trakcyjne, 2 – przetwornica, 3 – skrzynie wyłącznika szybkiego, 4 – skrzynia aparatury wn, 5 – oporniki rozruchowe, 6 – sprężarka, 7 – boczniki indukcyjne, 8 – oporniki bocznikowania, 9 – prądnica oświetleniowa, 10 – wentylator.

Obwody elektryczne Obwody elektryczne pojazdu trakcyjnego prądu stałego dzieli się na : obwód główny zawierający silniki trakcyjne, zasilany z sieci trakcyjnej; obwód sterowania zasilany z niskiego napięcia, wytwarzanego w przetwornicy, jest to na ogół napięcie stałe 110 V; obwód pomocniczy (maszyn pomocniczych) zasilany z sieci i trakcyjnej i niskiego napięcia. W systemach prądu przemiennego występują dwa lub trzy obwody główne: obwód pierwotny zasilany napięciem sieci, obwód wtórny zasilany napięciem uzwojenia wtórnego transformatora, obwód zasilania silników trakcyjnych (główny).

Rozmieszczenie silników trakcyjnych i oporników rozruchowych przy mostkowym układzie przełączania silników.

Obwód główny lokomotywy EU07

Do aparatury wysokiego napięcia należą: - pantograf; - wyłącznik szybki; - odłączniki: pantografu, główny, silników trakcyjnych; - styczniki; - nawrotnik; - zabezpieczenia – przekaźniki: nadmiarowo-prądowy, zanikowo-prądowy, różnicowy, zanikowo-napięciowy, sygnalizacji poślizgu (tzw. przeciwpoślizgowy); - oporniki rozruchowe, osłabienia pola, bocznik indukcyjny; - silniki trakcyjne; - przekaźnik samoczynnego rozruchu; - zabezpieczenie odgromowe: iskiernik, odgromnik; - mierniki elektryczne

Do maszyn pomocniczych zalicza się: przetwornicę – silnik zasilany z obwodu wn za wyłącznikiem szybkim napędza prądnicę prądu stałego generującą napięcie 110 V. Przetwornica wyposażona jest w obwody (uzwojenia wzbudzenia obu maszyn) dające stabilizację obrotów i napięcia (110 V±5%) przy wahaniach napięcia sieci i obciążenia prądnicy. Silnik przetwornicy napędza również wentylatory silników trakcyjnych. silniki sprężarek – zasilane z nn, silniki wentylatorów – zasilane spadkiem napięcia na ostatnim segmencie oporów rozruchowych. Do obwodów pomocniczych zalicza się obwody ogrzewania i oświetlenia. Obwody rozrządu (sterowania), zasilane z napięcia 110 V, to zespół urządzeń służących do sterowania silnikami trakcyjnymi - załączania ich do pracy, wyłączania, regulacji prędkości obrotowej, zmiany kierunku wirowania itd.

Pojazdy kolei magnetycznej Maglev Istnieją obecnie dwa rozwiązania kolei unoszonej magnetycznie: japoński i niemiecki. Zachowując tę samą zasadę działania i napęd w postaci silnika liniowego, oba rozwiązania różnią się. Japończycy skupili się na rozwiązaniu z magnesami nadprzewodzącymi, niemiecki system, zwany Transrapidem, używa konwencjonalnych elektromagnesów działających w zwykłej temperaturze. Te dwa rozwiązania określa się również: elektrodynamiczna technika podwieszenia (rozwiązanie japońskie) i elektromagnetyczna technika podwieszenia (rozwiązanie niemieckie). Konsekwencjami przyjętych koncepcji są różne wzajemne usytuowanie toru i pojazdu oraz wielkość szczeliny między drogą jezdną a pojazdem. Japoński pociąg porusza się w rynnie o kształcie litery U i uzwojenia torowe, wypychające pociąg, znajdują się w ścianach bocznych torowiska. Dzięki temu szczeliny między ścianami a pociągiem są znaczne i wynoszą 8 – 10 cm. Niemiecki pociąg obejmuje szynę prowadzącą o kształcie litery T z obu stron, a uzwojenia torowe, przyciągające pociąg, umieszczone są pod drogą jezdną. Dzięki przyciąganiu pociąg unosi się nad torowiskiem, ale szczelina jest mała 8 – 10 mm.

Obwody napędu i lewitacji w japońskim systemie maglev A , B – system napędu (elementy czerwone): pierścienie magnesów nadprzewodzących w podwoziu wagonu (A), aluminiowe pierścienie w ścianie rynny (B). C – system lewitacji (niebieski) unosi i stabilizuje bocznie pojazd w czasie ruchu.

Schemat usytuowania magnesów unoszących i kierujących w systemie Transrapid

Japoński Maglev Niemiecki Maglev Transrapid

Pociąg Maglev Transrapid