murr Schunk

Testování komponent kolejových vozidel ve VUZ

Výzkumný Ústav Železniční, a.s. (VUZ) má dlouholetou tradici a v minulém roce oslavil 50 let od svého založení. Poskytuje odborné služby a komplexní řešení v oblasti posuzování, certifikace a zkušebnictví se zaměřením na železniční vozidla, železniční systémy, drážní dopravu a další průmyslová odvětví.

 

Specializované služby poskytuje formou autorizovaných a akreditovaných činností a zkušebnictví v oblasti infrastruktury, železničních vozidel a jejich komponent. Zejména se jedná o posuzování interoperability – služby NoBo / DeBo, posuzování a hodnocení bezpečnosti služby AsBo a ISA, zkoušky ITRM, dynamické zkoušení komponent, zkoušky ETCS a další.

Své služby VUZ nabízí v těchto oblastech:

- Velký železniční zkušební okruh – 13,276 km
- Malý železniční zkušební okruh – 3,951 km
- Pronájem hal, odstavných kolejí a další infrastruktury
- Trakční napájecí soustava se čtyřmi systémy napájení
- Zkušební laboratoř – testování kolejových vozidel
- Dynamický zkušební stav (DZS) – testování komponent
- Autorizovaná osoba a testování systému ETCS.



Zkoušení komponent železničních kolejových vozidel
Součástí společnosti je Dynamický zkušební stav (DZS) na testování komponent kolejových vozidel, který je umístěn v areálu Zkušebního centru VUZ Velim (ZCV). DZS je součástí Zkušební laboratoře č. 1462 akreditované podle ČSN EN ISO 17025:2019. DZS provádí dynamické, statické a únavové zkoušky, včetně simulací provozních podmínek a stavů železničních vozidel. Jedná se o únavové a termomechanické zkoušky kol, statické a únavové zkoušky rámů podvozků, zkoušení náprav, ložisek a upevnění kolejnic, zkoušky táhlového a narážecího ústrojí, NDT zkoušky a další. Na zkušebně jsou schopni zkoušet několik komponent současně a mohou provádět tři dynamické zkoušky podvozků současně.
Železniční komponenty musí být především z důvodu bezpečnosti zkoušeny před uvedením do provozu. Zkoušky komponent na DZS trvají několik minut, ale v případě zkoušení rámů podvozků to může být i několik měsíců.

Pro názornost: Plán realizace projekt EMU
Celkové trvání projektování zkoušky (1 měsíc), celkové trvání stavby zkušebního stendu (3 týdny), celkové trvání statických zkoušek (1 měsíc), celkové trvání únavových zkoušek (3 měsíce), celkový počet použitých hydraulických válců (24), celkový počet statických sil (37) a celkový počet měřených kanálů, tzv. tenzometry (124).
Celá zkouška musí být konstruktérem připravena ve 3D. Na základě konstrukčního řešení je nutno vyrobit přípravky a připojovací adaptéry. Zkouška se montuje podle výrobních výkresů připravených konstruktérem a má ji na starosti i zodpovídá za ni vedoucí zkoušky.
Nejsložitěji se na Dynamickém zkušebním stavu zkouší rámy podvozků. U rámů podvozků jsou definována místa působení sil. Doposud byly pro zákazníky prováděny zkoušky, ve kterých bylo použito až 24 hydraulických válců a celkem ještě 40 statických siloměrů. Takto se simulují skutečné síly například od tlumičů nebo křížení podvozku, ke kterému dochází běžně v obloucích železničních tratí, kde je kvůli odstředivým silám vždy jedna kolejnice výše než ta druhá. Postup těchto zkoušek je programátorem zkoušky naprogramovaný a počítačová technika ho pak řídí doslova sama. Nicméně na zkušebně je potřebný i lidský prvek. Vedoucí zkoušek je prověřený a uznaný k provádění těchto zkoušek Českým institutem pro akreditaci.
Zkoušky komponent probíhají v nepřetržitém režimu. Na DZS jsou zkoušky řízeny softwary umožňujícími v případě poruchy podat informaci o odstavení a určení pracovníci pak mohou v krátké době přijet poruchu odstranit, tak aby byl dodržen zkušební plán.



Definice zkoušky
Zkoušky rámů podvozků se provádí na základě evropské normy EN 13 749, která popisuje možné scénáře statických a únavových zkoušek pro jednotlivé typy podvozků. Je zde definován minimální rozsah zkoušení a požadovaný průběh zkoušek. Dále jsou specifikovány výsledky a jejich hodnocení.
Na pracovišti DZS se zkouší nad rámec normy, především podle požadavků zákazníků. K provádění zkoušek se využívají hydraulické válce o silovém rozsahu 20–630 kN s pracovním zdvihem pístnice 50–250 mm. K tenzometrickému měření povrchového napětí je možné využít už více než 200 kanálů měřicího systému, jehož jádro tvoří měřicí zesilovače MGCplus.
DZS disponuje již třemi zkušebními stendy pro současné provádění únavových zkoušek rámů podvozků. Měří reakční síly ve všech osách zatížení a k měření využívá systém, který je řízený a kontrolovaný počítačem s programem TESTControl. Existuje možnost nepřetržitého průběhu dlouhodobých únavových a dynamických zkoušek s automatickou kontrolou bezpečnostních limitů.
Statické zkoušky jsou prováděny ve dvou fázích. Jedná se o výjimečné statické zatížení (tyto stavy zatížení simulují překročení standardního zatížení na rám podvozku, které může v provozu krátkodobě nastat) a normální provozní zatížení (tyto stavy zatížení simulují normální zatížení, které je v provozu standardní). Mimo jiné je na rám aplikováno i tzv. torzní zatížení, tedy simulace nájezdu podvozku na zborcenou kolej. V případě výjimečného zatížení může hodnota převýšení dosáhnout až 10 ‰ a v případě normálního zatížení např. 5 ‰ (to znamená, že jeden kvadrant podvozku se přizvedne na požadovanou hodnotu a tím se rám podvozku zkroutí jako při reálném průjezdu železničním obloukem). Vše se přepočítává na vzdálenosti ložiskových skříní z důvodu uspořádání sestavy zkoušky.
Před začátkem zkoušení se měří torzní tuhost samotného rámu podvozku na bázi rozvoru a příčné vzdálenosti primárních pružin. Pro určení krutu (zborcení) se během zkoušek provádí experimentální měření. Nejdříve na originálním vypružení a poté na tuhých náhradách primárního vypružení. Následně se naměřené hodnoty z těchto dvou zkoušek porovnají a je zjištěn výsledný vertikální posuv jednoho kvadrantu rámu podvozku, který bude aplikován při únavové zkoušce za použití tuhých náhrad primárního vypružení.
Na základě FEM analýzy se musí definovat počet měřených kanálů a místa pro nalepení jednoosých tenzometrických snímačů nebo tenzometrických růžic.
Dále je nutno definovat počet jednotlivých zatížení pro únavové zkoušky (hlavní svislé, příčné a podélné zatížení, torzní kroucení, svislé zatížení od motorů a brzdových jednotek). Zkouška se většinou rozděluje do tří etap k provedení 10 mil. cyklů (6, 2, 2 mil. cyklů), ve kterých se postupně mění velikost dynamických a kvazistatických sil (při 1. etapě s koeficientem 1, při 2. etapě s koeficientem 1,2 a při 3. etapě s koeficientem 1,4).
Během statických zkoušek se zavádí další zatížení na rám podvozku, které nemusí být aplikované v dynamické zkoušce. Převážně jde o zatížení, které svojí velikostí nemá podstatný vliv na mechanické napětí v rámu podvozku (příčné a podélné zatížení brzdových jednotek, uchycení tlumičů). Pro všechny statické zkoušky se musí definovat minimálně 7 stavů zatížení, ale při reálném zkoušení se může jednat o desítky i stovky stavů zatížení, při nichž jsou k měření využívány odporové tenzometrické snímače s odporem 120 Ω.
Výsledky statických zkoušek se vyjadřují pomocí grafů a hodnot předepsaných DVS 1612:2014. Výsledkem únavových zkoušek je kompletní NDT všech svarů metodou magnetické zkoušky práškové po jednotlivých etapách únavové zkoušky (v etapách 6, 2, 2 mil. cyklů). Na závěr se vytvoří akreditovaný protokol o provedené zkoušce monitorující celkový průběh zkoušení od dodání rámu až po provedení závěrečných zkoušek. Akreditovaný protokol je předán zákazníkovi, který ho následně využívá jako podklad pro výsledné schválení drážního vozidla.

Závěr
V dnešní době je zkoušení velice nákladné a složité. Objevuje se tendence ověřovat metodou konečných prvků, ale to nemůže nikdy nahradit reálné zkoušení v laboratoři, jež simuluje reálné chování svařence v provozu. Realističnost zkoušek se neustále zvyšuje a vyhodnocování dat, které je řízeno počítači, je přesnější a rychlejší. Tato špičková laboratoř, která již provedla řadu zkoušek, je jednou z nejlepších, jež takové zkoušky minimálně ve střední Evropě nabízí.

Ing. Jaroslav Brabec, Ing. Jiří Soukup, VUZ
Foto: VUZ

 
Publikováno: 13. 7. 2022 | Počet zobrazení: 274 článek mě zaujal 52
Zaujal Vás tento článek?
Ano