Kolej
Powrót
Systemy napędowe - system przyczepnościowo-zębaty:
System przyczepnościowo-zębaty stosowany jest na liniach z dużymi pochyłościami terenu przekraczającymi
wartość 55-60 promili. Przyczepność koła jezdnego do szyny w porównaniu z oponą do jezdni jest 3 razy mniejsza.
Graniczna wartość pochylenia przy hamowaniu dla kolei przyczepnościowej wynosi 40 promili. Dla przykładu
wzniesienia na trasie Kraków - Zakopane nie przekraczają 27 promili.
Ciekawostką może tu być fakt, że kolej zębata została wynaleziona jako pierwsza, 12-13 lat przed koleją konwencjonalną
(przyczepnościową). Spowodowane to było obawą, że sama przyczepność zestawów kołowych do szyn
będzie niewystarczająca i nie będzie możliwe prowadzenie ciężkich pociągów - pierwszy parowóz był zębaty.
Pierwszy parowóz zębaty - źródło: wikipedia.pl
Kolej zębata w Budapeszcie - Budapesti Fogaskerekű Vasút
Kliknij
tutaj
i zobacz opis kolei zębatej w Budapeszcie.
W obecnych rozwiązaniach trzecia szyna - zębata jest sytuowana w osi toru pomiędzy szynami jezdnymi.
Występują dwa rodzaje tras kolei zębatych:
a) Trasy wyposażone w trzecią szynę na całej długości - takie rozwiązanie stosowane jest gdy pochyłość terenu
uniemożliwia zastosowanie konwencjonalnego napędu przyczepnościowego.
b) Trasy posiadające trzecią szynę w wybranych fragmentach - takie rozwiązanie stosuje się, gdy część trasy
przebiega na pochyłości dopuszczalnej dla napędu przyczepnościowego, a część trasy na pochyłościach
wymuszających zastosowanie napędu zębatego.
W Europie jest 45 linii kolei zębatych z czego 25 w Szwajcarii. 12 ze szwajcarskich
to koleje "czysto" zębate, a pozostałe to wykorzystujące w części napęd przyczepnościowy.
Rozróżnia się dwa rodzaje systemów zębatych:
1) systemy zębate pionowe polegają na zastosowaniu koła zębatego,
pracującego w płaszczyźnie kół jezdnych (wertykalnej). Poniższa fotografia przedstawia
trzy głównie stosowane systemy szynowe. Nazwy systemów pochodzą od nazwisk wynalazców.:
Systemy szyn zębatych (opis na powiększeniu)
- System STRUB - to najprostszy system kolei zębatej. Szyna
składa się z jednej linii zębów w kształcie trapezu.
Schemat systemu STRUB
Szyna zębata w systemie Struba
- System RIGGENBACH - to najstarszy system kolei zębatej. Szyna zbudowana jest z dwóch podłużnych profili
pomiędzy którymi znajdują się zęby.
Schemat systemu RIGGENBACH
Koło zębate w szynie Riggenbacha
- System ABT - to dwa lub trzy koła zębate typu Struba połączone są ze sobą, a ich zęby wzajemnie przesunięte o
jedną podziałkę w stosunku do siebie. Umożliwia dobre zazębianie się w każdej fazie obrotu.
Schemat systemu ABT
Szyna systemu Abt
2) system zębaty poziomy polegają na zastosowaniu kół zębatych,
pracujących w płaszczyźnie horyzontalnej.
- system LOHER polega na zastosowaniu kół zębatych usytuowanych obok siebie poziomo. Szyna
natomiast ma zęby ustytuowane w płaszczyźnie horyzontalnej po obu stronach.
System zębaty Lohera
System ten eliminuje ryzyko wyskoczenia pojazdu z szyn spowodowane na przykład nie zazębieniem się zębów.
Jego skomplikowana budowa (szczególnie rozjazdów i napędu w pojeździe) spowodowała, że nie przyjął się na większą skalę.
Eksploatowany jest obecnie tylko w Australii i na trasie Pilatusbahn w Szwajcarii.
Napęd:
Zestawy kołowe pełnią dwie funkcje: toczną i napędową.
Na liniach w pełni zębatych, czyli takich gdzie napęd zębaty jest używany na całej długości trasy stosuje się napęd wspólny
dla kół jezdnych i koła zębatego. W rozwiązaniu takim koło zębate pełniące funkcję napędową
zamocowane jest na wspólnej osi z kołami jezdnymi, które pełnią funkcję toczną - prowadzącą.
br>
Silnik trakcyjny napędza oś poprzez przekładnię napędową. W związku z hamowaniem za pośrednictwem zębatki
(koła jezdne nie mają przyczepności), koła zębate montowane są zarówno na osiach napędowych jak i tocznych.
(Więcej informacji o hamulcach w dalszej części)
Oryginalna oś toczna (koło zębate i bębny
hamulców pasowych)
Na trasach z szynami zębatymi zlokalizowanymi tylko na stromych odcinkach stosuje się bardziej skomplikowany typ napędu,
a mianowicie napęd przyczepnościowo-zębaty przełączalny. Gdy kolejka porusza się po odcinkach płaskich
(bez trzeciej szyny) uruchomiony jest napęd przyczepnościowy. Silnik trakcyjny napędza poprzez przekładnię koła jezdne.
W momencie wjazdu na odcinek zębaty napęd przyczepnościowy zostaje zatrzymany, a uruchamia się napęd zębaty. Silnik trakcyjny
napędza koło zębate poprzez przekładnię napędową napędu zębatego. Koła jezdne pełnią wtedy już
rolę toczną - prowadzącą.
Aby takie przełączanie było możliwe konieczne jest zastosowanie skomplikowanego układu - zespołu napędowego. Schemat
takiego rozwiązania przedstawia poniższy rysunek:
Schemat napędu przyczepnościowo - zębatego przełączalnego
Napęd przyczepnościowo-zębaty przełączalny
w wagonie produkcji STADLER A.G.
(opis na powiększeniu)
Aparatura w podwoziu wagonu STADLER
Wnętrze wagonu STADLER
W związku z eksploatacją kolei zębatych na dużych pochyłościach terenu, stosowane w nich silniki trakcyjne
mają moc w zakresie 180-300 kW, czyli około 2 razy większą niż silników trakcyjnych tramwajowych.
W napędzie przyczepnościowo-zębatym koła zębate mają sprężysty wieniec (pomiędzy piastą a obręczą zębatą znajdują się sprężyny).
Takie rozwiązanie jest konieczne, gdyż koło zębate podczas jazdy zazębia się z szyną zębatą. Nie jest cały czas z nią zazębione
jak to ma miejsce w napędzie nieprzełączalnym, gdzie szyna zębata jest na całej długości trasy.
Sprężysty wieniec w kole oraz sprężyste zamocowanie początkowego fragmentu szyny zębatej zapewnia bezpieczny
wjazd pociągu na trasę wyposażoną w zębatkę. Polega tona tym, że jeżeli zęby koła napędowego nie są ustawione
zgodnie z zębami szyny to nie nastąpi podniesienie wagonu, co mogłoby doprowadzić do wykolejenia, lecz nastąpi
ugięcie szyny i wieńca przez co zębatka samoczynnie się dopasują.
Na poniższym schemacie przedstawiam omówione powyżej sytuacje:
Zazębianie zębatek
Hamulce:
W przełączalnym systemie przyczepnościowo-zębatym występują dwa rodzaje hamulców. Do hamowania gdy
jazda odbywa się z użyciem napędu przyczepnościowego wykorzystuje się na przykład hamulce klockowe.
Gdy uruchomiony jest napęd zębaty w celu umiejscowienia pojazdu uruchomione zostają hamulce pasowe.
Zasadza działania hamulców pasowych polega na dociskaniu taśmy ciernej do bębnów hamulcowych, a hamowanie realizowane
jest przez koło zębate. Moment hamujący przenoszony jest z hamulców pasowych przez koło zębate na szynę zębatą.
Ponieważ podczas jazdy na wzniesieniu koła jezdne nie mają przyczepności do realizowania
hamowania, koła zębate z hamulcami pasowymi montowane są również na zestawach tocznych.
Hamulce sterowane są pneumatycznie. W kolejach górskich można spotkać typowe systemy hamulcowe nadciśnieniowe.
Na niektórych trasach przebiegających na znacznych wysokościach stosowane są w taborze hamulce pneumatyczne
próżniowe. Ich działanie jest analogiczne do nadciśnieniowych tylko zamiast sprężarki zastosowana
jest pompa próżniowa. Próżnia odpowiada w tym rozwiązaniu nadciśnieniu.
Hamulcem służbowym (roboczym) w kolejach górskich może być oczywiście hamulec elektrodynamiczny. Obracające się
wały silników trakcyjnych podczas hamowania pracują jako prądnice. Powstały przy produkcji energii elektrycznej
opór obrotowy jest przenoszony przez przekładnie na aktualnie załączony system napędu. Hamowanie prądnicowe
może być powiązane z rekuperacją energii do sieci trakcyjnej.
Przy napędzie przyczepnościowo - zębatym nieprzełączalnym hamowanie jest realizowane przez hamulce pasowe.