Tabor tramwajowy > Klasyfikacja i konfiguracja tramwajów

Tramwaje to pojazdy szynowe napędzane energią elektryczną, przystosowane do poruszania się w ruchu ulicznym, służące do realizacji przewozów pasażerów i towarów. W Polsce wagony tramwajowe lub składy tramwajowe nie mogą być dłuższe niż 65 m, szersze niż 2,65m i wyższe niż 4,0 m (ze złożonym odbierakiem prądu), a dopuszczalny maksymalny nacisk statyczny zestawu kołowego na tor nie może przekraczać 100 kN/oś (ok. 10 t/oś).

Zanim jednak w roku 1881 na przedmieściach dzisiejszego Berlina została uruchomiona przez Wernera Siemensa pierwsza eksperymentalna linia tramwaju elektrycznego, to eksploatowane były tramwaje:
- konne - napędzane zaprzęgami konnymi,
- parowe - napędzane maszyną parową,
- pneumatyczne - napędzane silnikami pneumatycznymi,
- kablowe - napędzane liną biegnącą w kanale prowadzonym pod jezdnią.

Linia tramwaju kablowego jest do dzisiaj eksploatowana w San Francisco jako linia zabytkowa. Ten jedyny taki system tramwajowy działa na zasadzie takiej, że wagony tramwajowe są wagonami tocznymi (bez napędu), które podpinają się do liny napędowej biegnącej w specjalnym kanale zabudowanym pod powierzchnią jezdni między szynami toru. W celu zatrzymania tramwaju motorniczy specjalnym mechanizmem odpina wagon od liny napędowej i wyhamowuje go w celu np. realizacji wymiany pasażerskiej. W celu ruszenia motorniczy podpina wagon do liny napędowej.

Najdłuższymi obecnie eksploatowanymi tramwajami jednoprzestrzennymi na świecie są eksploatowane w Budapeszcie wagony CAF URBOS 3 o długości 56 m.


Tramwaje podlegają pod ustawę "Prawo o ruchu drogowym". Poniżej znajdują się odnośniki do obowiązujących w Polsce podstawowych przepisów dotyczących budowy i eksploatacji tramwajów:

Rozporządzenie Ministra Infrastuktury z dnia 2 marca 2011 r w sprawie warunków technicznych tramwajów i trolejbusów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia

Obwieszczenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 21 listopada 2014 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej w sprawie homologacji typu tramwajów i trolejbusów

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 28 stycznia 2011 r. w sprawie zakresu, warunków i sposobu przeprowadzania badań technicznych tramwajów i trolejbusów oraz jednostek wykonujących te badania

Pod względem przeznaczenia rozróżnia się:
- TRAMWAJE PASAŻERSKIE - wykorzystywane do przewozu pasażerów na liniach miejskich i ewentualnie podmiejskich,
- TRAMWAJE TOWAROWE - wykorzystywane do transportu towarów bez miejsc dla pasażerów (przykład - tutaj),
- TRAMWAJE TECHNICZNE - wykorzystywane do prac technicznych (np. wagony: sieciowe, pomiarowe, szlifierskie, odśnieżne, szkoleniowe, gospodarcze itp.)

Pod względem napędu rozróżnia się:
- WAGONY SILNIKOWE - przystosowane do samodzielnej jazdy - wyposażone w napęd i kabinę sterowniczą,
- WAGONY DOCZEPNE - nieprzystosowane do samodzielnej jazdy, nie posiadają kabiny sterowniczej i dzielą się na:
      - wagony doczepne CZYNNE - wyposażone w napęd,
      - wagony doczepne BIERNE - niewyposażone w napęd.

Pod względem ilości członów rozróżnia się:
- WAGONY JEDOCZŁONOWE - posiadają jednoprzestrzenne wnętrze niepodzielone na człony,
- WAGONY WIELOCZŁONOWE - posiadają jednoprzestrzenne wnętrze podzielone na człony połączone przegubami; podział na człony umożliwia zwiększenie długości wagonu przy zachowaniu prawidłowego wpisywania się w skrajnię w tym przejazdu przez łuki; człony nie są rozłączalne w normalnej eksploatacji (członów nie należy nazywać wagonami).


 
Wagony jednoczłonowe



   
Wagony wieloczłonowe

Wagony tramwajowe mogą być łączone w pociągi (składy). W przypadku łączenia ze sobą wagonów silnikowych lub wagonów silnikowych z doczepami czynnymi to mówimy o jeździe ukrotnionej, gdyż obydwa wagony pociągu tramwajowego mają napęd tylko, drugi wagon jest sterowany z pierwszego (silnikowego).


Pociąg (skład) tramwajowy - trzy wagony silnikowe jednoczłonowe (jazda wielokrotna) - wszystkie wagony posiadają odbieraki prądu (napęd) i kabiny

Pociąg (skład) tramwajowy - dwa wagony silnikowe jednoczłonowe (jazda wielokrotna) - obydwa wagony posiadają odbieraki prądu (napęd) i kabiny

 
Pociąg (skład) tramwajowy - wagon silnikowy jednoczłonowy i wagon doczepny jednoczłonowy czynny oraz przód doczepy (brak kabiny) - obydwa wagony posiadają odbieraki prądu (napęd), ale w kabinę wyposażony jest tylko pierwszy czyli silnikowy



Wagon doczepny czynny dwuczłonowy - posiada odbierak prądu (napęd), brak kabiny

W powyższych przykładach wagony łączone są sprzęgami mechanicznymi, które zasadniczo nie pełnią klasycznej roli pociągowo - zderznej, a służą zabezpieczeniu na wypadek nierównomiernej pracy lub awarii napędu, czy hamulców któregoś z wagonów składu. Teoretycznie (co udało się uzyskać w praktyce) przy prawidłowo wyregulowanym napędzie wszystkich wagonów, po rozłączeniu sprzęgów mechanicznych wagony powinny jechać, utrzymując jednakową odległość względem siebie. Oczywiście połączenia elektryczne (komunikacyjne) muszą być prawidłowo połączone, aby wagon drugi realizował polecenia z wagonu pierwszego.

 
Sprzęg mechaniczny i sprzęgi elektryczne pomiędzy wagonem silnikowym, a doczepnym czynnym

Kliknik - tutaj i zobacz opis sprzęgów i połączeń międzywagonowych.

Warto zwrócić również uwagę, że brak podniesionego odbieraka prądu na jednym z wagonów nie oznacza, że wagon ten nie realizuje napędu. Energia elektryczna z wagonu silnikowego do drugiego wagonu może być dostarczana przewodem WN lub wszystkie wagony składu jadą z podniesionymi odbierakami prądu. W drugim przypadku nie może być stosowany przewód WN, gdyż dochodziłoby do zwierania odbierakami prądu odcinków sekcyjnych zasilania sieci trakcyjnej.


Przewód WN pomiędzy wagonami (jeden z łączonych wagonów musi mieć opuszczony pantograf)

Kliknij - tutaj i zobacz opis zasilania i sekcjonowania sieci trakcyjnej.

W przypadku łączenia wagonów silnikowych z wagonami doczepnymi biernymi sprzęgi przenoszą wszystkie siły wzdłużne między pojazdami. Aby taki skład mógł być eksploatowany, wagon silnikowy musi mieć odpowiednią nadwyżkę mocy, aby napędzać siebie jak również ciągniętą doczepę (przyczepę) bierną. Doczepy są zasadniczo wyposażone w układy hamulca ciernego. Na łączeniach wagonów stosuje się połączenia elektryczne w zakresie niskich napięć, w celu zasilania wagonu doczepnego oraz w celu realizowania przez niego funkcji zadawanych z wagonu silnikowego (np. sterowanie drzwiami, oświetlenie, informacja pasażerska itp.)

 
Wagon silnikowy i wagon doczepny bierny - w doczepie brak odbieraka prądu (napędu) i brak kabiny

Wagon silnikowy i wagon doczepny bierny - w doczepie brak odbieraka prądu (napędu) i brak kabiny

Pojazdy tramwajowe pod względem swoich gabarytów muszą spełniać określone wymagania tak, aby mogły być eksploatowane na określonej infrastrukturze. Podstawowym wymaganiem dla tego zakresu są wymagania skrajni, czyli maksymalnych gabarytów w przekroju poprzecznym. Zarys skrajni określa maksymalną szerokość i wysokość pojazdu w odniesieniu do poziomu toru. W Polsce przez wiele lat obowiązywała w tym zakresie norma PN-K-92008 „Komunikacja Miejska - Skrajnia kinematyczna wagonów tramwajowych”. Według wymagań tej normy produkowano pojazdy, a ich wspólną cechą charakterystyczną były skosy w dolnej części ścian bocznych nadwozia. Skrajnia określana przez tą normę zwana była skrajnią „konstalowską” z racji tego, że w czasie jej obowiązywania powstawały właśnie tramwaje 105N produkowane przez chorzowski KONSTAL.

Skosy w dolnej części ściany nadwozia

Obecnie norma ta nie obowiązuje i nie powstała, żadna nowa norma ją zastępująca. Stąd w zakresie projektowania tramwajów przyjmuje się wymagania gabarytów określone rozporządzeniem dotyczącym wymagań technicznych dla tramwajów (patrz początek rozdziału) oraz indywidualne wymagania określane przez przewoźników, wynikające z infrastruktury, po której poruszają się ich pojazdy. Powoduje to sytuacje, że np. tramwaj zaprojektowany dla Krakowa (mimo tej samej szerokości toru i napięcia zasilania oraz przepisów ruchu drogowego) niekoniecznie będzie mógł się poruszać po Warszawie i na odwrót. Wynika to z tego, że np. inaczej mogą być usytuowane krawędzie peronów przystankowych względem osi toru i np. łuku torowego przez jaki w tej strefie przejeżdża tramwaj. Dlatego przy realizacji nowych projektów wykonuje się symulacje związane z kinematyką poruszania się tramwaju w odniesieniu do konkretnych wymagań infrastruktury danej sieci tramwajowej.

Płaska ściana boczna nadwozia

Tramwaj pod względem struktury składa się z dwóch głównych części: nadwozia i podwozia. Podwozia spełniają następujące zadania:
- równomierne rozłożenie na zestawy kołowe masy nadwozia,
- wytworzenie i przeniesienie z zestawów kołowych na nadwozie wzdłużnych sił pociągowych i hamujących w sposób umożliwiający pełne wykorzystanie masy napędnej pojazdu czyli przyczepności kół z szynami,
- prowadzenie pojazdu po torach prostych i w łukach z zachowaniem wymogów bezpieczeństwa, jazdy,
- zapewnienie wymaganego stopnia spokojności biegu pojazdu,
- ograniczenie sił pionowych i poprzecznych oddziałujących szkodliwie na tor oraz tłumienie drgań pochodzących od nierówności toru.

Ilość wózków i zestawów kołowych w podwoziu pojazdu jest zależna od długości pojazdu, ale również jego masy i dopuszczalnych nacisków zestawów kołowych jakie mogą wywierać na tor. Jak było wspomniane na początku rozdziału, w Polsce dopuszcza się maksymalny nacisk statyczny zestawu kołowego na tor wynoszący 100 kN (ok. 10 t / oś). Dąży się jednak do tego, by te naciski były mniejsze i niektórzy przewoźnicy wymagają ich np. do 70 kN / oś. Im mniejsze naciski tym mniejsze oddziaływanie na tor. Stąd, żeby zmniejszyć wartości nacisku statycznego można zwiększyć ilość zestawów kołowych. Trzeba mieć jednak na uwadze, że większa ilość zestawów kołowych, a więc i wózków, wpływa na zwiększanie masy pojazdu. Wykonuje się w związku z tym szereg szczegółowych analiz związanych z konfiguracją pojazdu w tym rozmieszczeniem wyposażenia. Czasem w celu ograniczenia nacisków stosuje się w danej strefie więcej miejsc siedzących, aby ograniczyć ilość przestrzeni dla osób stojących, którzy generują większe obciążenie. Dla osób stojących wymagane jest przyjęcie przelicznika pojemności wynoszącego 5 osób/m2. Analogicznie analizuje się rozmieszczenie wyposażenia w postaci urządzeń i aparatów, tak aby cięższe urządzenia znajdowały się w strefach niedociążonych, a lżejsze w tych już dociążonych. Projektanci tramwajów obliczają z użyciem symulacji komputerowych i arkuszy rozkładu mas obciążenia wynikające z wagi poszczególnych komponentów. Według obowiązujących przepisów należy przyjąć średnią masę jednego pasażera wynoszącą 68 kg, a masę motorniczego 75 kg. Przyjmując, że tramwaj może przewozić łącznie np. 180 pasażerów daje nam to łączną ich masę wynoszącą 12240 kg (12,2 t). Do tej masy należy dodać masę samego wagonu w efekcie czego otrzymujemy masę całkowitą pojazdu.

Kliknij - tutaj i zobacz opis podwozi, wózków i zestawów kołowych tramwajowych.

Masa pojazdu jest istotna z punktu widzenia zapewnienia odpowiedniej siły pociągowej, aby zapewnić odpowiedni współczynnik tarcia między kołami, a szynami. Na siłę tarcia czyli, w efekcie przyczepność ma wpływ właśnie masa pojazdu. Jak wynika z powyższego opisu zastosowane rozwiązania w przestrzeni pasażerskiej bezpośrednio zależą od wielu czynników nie tylko związanych z komfortem i funkcjonalnością. Krytyka ze strony pasażerów w dużej ilości przypadków wynika z ich nieświadomości w aspekcie wymagań technicznych i prawnych, które muszą być spełnione przez producentów pojazdów, a które mogą się przekładać na przykład na różne rozwiązania obniżające komfort podróżowania. Czyli zanim następnym razem skrytykujesz, że na przykład "można tu było dać więcej siedzeń", albo "tu zwiększyć przestrzeń na nogi", pamiętaj o powyższych wymaganiach, że często w projektowaniu trzeba iść na kompromis. Oczywiście należy zawsze dążyć w realizowanych projektach do zastosowania rozwiązań możliwie najlepszych, a przynajmniej optymalnych w zakresie ergonomii, komfortu i bezpieczeństwa dla pasażerów i prowadzących. Z punktu widzenia aranżacji przestrzeni pasażerskiej bardzo mocno komplikuje sprawę stosowanie w tramwaju niskiej podłogi, która jednak niezaprzeczalnie wpływa na znaczne zwiększenie komfortu i bezpieczeństwa podróżowania i nie tylko (czytaj dalej).

Pierwsze tramwaje produkowane były na wzór pojazdów kolejowych w układzie ostojnicowym (ramowym) nadwozia. Nadwozie oparte było bezpośrednio na zestawach kołowych stanowiących podwozie. Taki układ powodował ograniczenia w zakresie długości pojazdów ze względu na dopuszczalny maksymalny rozstaw osi w odniesieniu do prawidłowego wpisywania się zestawów kołowych w łuki torowe.

Wprowadzenie do tramwajów podwozi wózkowych, czyli z pośrednimi zespołami pomiędzy nadwoziem, a torami (wózków jezdnych) spowodowało możliwość wydłużenia nadwozi pojazdów oraz zwiększenia prędkości jazdy. Głównym podzespołem struktury wózka jest rama, która stanowi strukturę nośną dla jego wyposażenia. W tramwajach najczęściej stosuje się wózki dwuosiowe, czyli zawierające w ramie dwa zestawy kołowe.

Początkowo nadwozia tramwajów opierane były na pojedynczych dwuosiowych wózkach. Powodowało to analogiczne ograniczenie jak przy układzie ostojnicowym. Można przyjąć, że jest to rozwiązanie tożsame z układem ostojnicowym. Różnica polega na tym, że zestawy kołowe zabudowane są w ramie wózka, na której posadowione jest nadwozie, a nie w ramie nadwozia. Zastosowanie wózka pozwalało również na wprowadzenie dwustopniowego usprężynowania między torem, a nadwoziem, a więc zmniejszenie drgań przenoszonych na nadwozie.  


Zabytkowy tramwaj z nadwoziem opartym na dwuosiowym wózku

Rozwój konstrukcji tramwajów i wprowadzenie wózków skrętnych (obrotowych) spowodowało możliwość wydłużenia nadwozi oraz również możliwość produkcji tramwajów przegubowych. Warto jednak zauważyć, że historia trochę zatoczyła koło, gdyż pod wielu latach stosowania wózków skrętnych (obrotowych) w celu zwiększenia długości tramwajów, część obecnych konstrukcji w ramach tramwajów przegubowych (wieloczłonowych) ma zastosowane wózki nieskrętne. Krótkie człony wsparte na pojedynczych wózkach sztywnych, połączone są przegubami, które realizują skrętność pojazdu (czytaj dalej).

Wózki wykonywane są jako konstrukcje stalowe, spawane, najczęściej skrzynkowe. W niektórych rozwiązaniach można spotkać elementy odlewane.
Ramy wózków wiążą w całość struktury wózka zestawy kołowe, zespoły napędowe i zespoły hamulcowe, układy oparcia nadwozia i usprężynowania oraz wyposażenie dodatkowe zabudowane na wózku. Konstrukcja ram decyduje o bezpieczeństwie jazdy i niezawodności całego pojazdu. Rama wózka musi być wytrzymała na obciążenia statyczne i dynamiczne. Musi być dostatecznie sztywna i możliwie lekka. Jej kształt jest zależny od zabudowanych w niej komponentów oraz wymagań wytrzymałościowych. W nowoczesnych pojazdach duży wpływ na ukształtowanie ramy ma też przebieg podłogi tramwaju.

Kliknij - tutaj i zobacz opis podwozi, wózków i zestawów kołowych tramwajowych.

   
Nadwozie tramwaju podniesione na podnośnikach w celu wyjęcia podwozia (wózków)

Operacja demontażu nadwozia z wózków nazywa się potocznie wywiązem, a montażu nadwozia na wózkach - zawiązem.

Stosowanie wózków umożliwia również produkcję wagonów wieloczłonowych połączonych przegubami, co zapewniało zwiększenie długości pojazdu przy zapewnieniu jednoprzestrzenności wnętrza tramwaju. Przez wiele lat XX wieku w produkowanych tramwajach wieloczłonowych stosowano wózki w systemie Jakobsa, czyli wózki zabudowane na łączeniach sąsiednich członów, które poprawiały parametry dynamiczne jazdy przy jednoczesnej redukcji masy pojazdu jak i redukcji ilości wózków i zestawów kołowych. W tramwajach niskopodłogowych wózki w systemie Jakobsa są rzadkością ze względu na bardzo skomplikowany układ ich zabudowy przy zachowaniu niskiej podłogi w strefie przegubu międyczłonowego.


   
Wózki systemu Jakobsa w tramwaju wysokopodłogowym

 
Wózki systemu Jakobsa w tramwaju niskopodłogowym i widoczna duża strata miejsca w przestrzeni pasażerskiej


Wózki dzieli się na napędne czyli te wyposażone w zespoły napędowe oraz układy hamulcowe i wózki toczne wyposażone tylko w układy hamulcowe.
Wózki w klasycznym układzie wzorowanym na rozwiązaniach kolejowych, montowane są do nadwozi pojazdów w sposób podatny zapewniający ich obrót względem nadwozia, pozwalający na prawidłowe wpisywanie się zestawów kołowych w łuki torowe.

Rozwój tramwajów z niską podłogą spowodował znaczące odejście od klasycznych układów podwozi. W tramwajach nadal powszechnie stosowane są wózki lecz ze względu na przebieg niskiej podłogi, konieczność zapewnienia odpowiedniej szerokości przejść oraz jak największej powierzchni z podłogą obniżoną, w obecnych konstrukcjach możemy spotkać układy, w których wózki nie są zamontowane obrotowo względem nadwozia, a jedynie mają pewien mały zakres podatności (ok. 3 stopnie). Skrętność pojazdu realizowana jest przez zastosowanie krótkich członów i odbywa się na ich przegubach międzyczłonowych (tzw. tramwaje typu „gąsienice”). Dodatkowo można też spotkać tramwaje z wózkami, w których nie ma klasycznych zestawów kołowych czyli kół połączonych wspólną osią. W to miejsce stosowane są układy z kołami niezależnie obracającymi się. Wyeliminowanie osi pozwala na obniżenie poziomu podłogi.  W klasycznych zestawach kołowych, powiązanie kół osią oraz stożkowy kształt profilu koła, powoduje na skutek działania siły odśrodkowej przesunięcie poprzeczne zestawu. 


Przykładowy przebieg niskiej podłogi nad specjalnie ukształtowaną ramą wózka i brakiem klasycznej osi zestawów kołowych

Kliknij - tutaj i zobacz opis technicznej budowy wózków i zespołów napędowych oraz innych podzespołów stosowanych w tramwajach, aby przybliżyć sobie tematykę konstrukcji i budowy tych pojazdów.

Poniżej znajduje się zestawienie konfiguracji nadwozi i wózków jakie stosuje się w tramwajach oraz przykładowe widoki wagonów w odniesieniu do zarysu skrajni podczas jazdy po torze prostym i łukowym. Proszę zwrócić uwagę na zmianę kształtu nadwozia w zależności od rodzaju i ilości członów oraz wózków.


Przykładowe układy członów i rodzajów wózków
1 - wózek skrętny (obrotowy)
2 - wózek w systemie Jakobsa (pod przegubem na łączeniu członów)
3 - wózek nieskrętny



Czop skrętu realizujący obrót wózka względem nadwozia


Łożysko wielkogabarytowe obrotu wózka w nadwoziu

Skład dwuwagonowy z wózkami skrętnymi



Wagon dwuczłonowy z wózkami skrajnymi skrętnymi i wózkiem środkowym w systemie Jakobsa



Wagon trójczłonowy z wózkami skrajnymi skrętnymi i środkowym wózkiem nieskrętnym

Wagon pięcioczłonowy z wózkami nieskrętnymi oraz członami wiszącymi (bez wózków)

W tramwajach stosuje się powszechnie elastyczne koła jezdne obręczowane. Wózki tramwajów posiadają najczęściej podwójne usprężynowanie oraz wspomniane koła elastyczne. Pierwszy stopień usprężynowania czyli filtr mechaniczny między zestawem kołowym, a ramą wózka realizowany jest najczęściej przez sprężyny metalowo-gumowe. Drugi stopień usprężynowania pomiędzy wózkiem, a nadwoziem realizują sprężyny metalowo-gumowe, stalowe sprężyny śrubowe naciskowe, a w najbardziej zaawansowanych rozwiązaniach układy hydraulicznego oparcia nadwozia. Prowadzenie zestawów kołowych realizowane jest w systemie metalowo-gumowym lub wahaczowym. W przypadku braku usprężynowania pierwszego stopnia kadłuby łożysk osi zestawów kołowych zabudowane są bezpośrednio w podłużnicach ramy wózka.


Przykładowe usprężynowanie I i i II stopnia (opis na powiększeniu)


Przykładowe koło obręczowe elastyczne (wkładki gumowe pomiędzy kołem bosym, a obręczą)


Łożyskowanie osi w podłużnicy ramy wózka - brak I stopnia usprężynowania


Wahaczowe prowadzenie zestawu kołowego i usprężynowanie I stopnia (opis na powiększniu)


Sprężyna śrubowa naciskowa stalowa II stopnia usprężynowania wózka nieobrotowego


Układ hydraulicznego oparcia nadwozia - II stopień usprężynowania

Więcej informacji o zestawach kołowych można znaleźć - tutaj.


Warto zwrócić uwagę, że pojazdy tramwajowe mają odmienny od kolejowego kształt profilu koła jezdnego. Jest to podyktowane tym, że poruszają się po torach o bardzo małych promieniach (nawet 18 m), a w rozjazdach torowych stosowane są krzyżownice płytkorowkowe, które powodują, że obciążenia pionowe na szynę przenosi obrzeże koła, a nie powierzchnia toczna. Dodatkowo w torach tramwajowych stosuje się, poza klasycznymi szynami kolejowymi, szyny typu tramwajowego i szyny blokowe (tzw. szyny rowkowe). Styk obrzeża z szyną następuje zarówno od strony zewnętrznej koła (styk obrzeża z główką szyny), jak również od jego strony wewnętrznej (styk obrzeża z kołnierzem szyny).

Kliknij - tutaj i zobacz opis współpracy zestawów kołowych z torem oraz - tutaj i zobacz opis torów i rozjazdów stosowanych w infrastrukturze tramwajowej.


1 - profil koła tramwajowego, 2 - profil koła kolejowego
A - powierzchnia toczna
B - obrzeże

Schemat współpracy koła tramwajwgo szyną typu tramwajowego

Pod względem wysokości podłogi rozróżnia się:

- WAGONY WYSOKOPODŁOGOWE - posiadają wysoką podłogę na całej długości przestrzeni pasażerskiej - wszystkie drzwi posiadają klatki schodowe,


Wagon wysokopodłogowy
linia czerwona - poziom podłogi w osi wzdłużnej tramwaju
linie pomarańczowe - stopnie drzwi


Klatka schodowa wagonu wysokopodłogowego

W przypadku tramwajów wysokopodłogowych dla ułatwienia wsiadania i wysyadania mogą być stosowane dodatkowe, automatycznie rozkładane stopnie, polepszające dostęp do tramwaju z poziomu jezdni.


Automatycznie rozkładany stopień

Inne rozwiązanie stosuje się gdy wagony są eksploatowane na liniach z niskimi i wysokimi peronami. W takiej sytuacji w ich nadwoziach zabudowuje się rozkładane klatki schodowe. Gdy tramwaj obsługuje przystanek z wysokim peronem, to klatka schodowa zostaje schowana, a gdy obsługuje przystanek z niskim peronem to schody automatycznie rozkładają się.

   
Rozłożone i schowane schody





Poniższe fotografie przedstawiają przykład podobnego rozwiązania lecz znacznie nowszego. Nie dość, że w tramwaju zastosowano rozkładane stopnie do obsługi niskich i wysokich peronów, to dodatkowo poszerzono nadwozie ponad linią podłogi, aby zwiększyć ilość przestrzeni we wnętrzu, zapewniając jednocześnie możliwość eksploatacji na starej infrastrukturze przystosowanej do węższej skrajni (dolna część nadwozia).

 
Tramwaj przystosowany do obsługi wysokich i niskich peronów z poszerzonym nadwoziem nad linią podłogi

- WAGONY NISKOPODŁOGOWE - posiadają w strefie pasażerskiej podłogą całkowicie obniżoną - dopuszczalne są pochylnie, niedopuszczalne są stopnie z wyjątkiem dopuszczalnych wzniosów w strefie siedzeń nad wózkami (niska podłoga bez stopni musi być na całej długości przestrzeni pasażerskiej tramwaju przynajmniej w strefie korytarza i stref drzwiowych),


Wagon niskopodłogowy z wózkami, z niezależnymi kołami (bez osi) i zespołami napędowymi po zewnętrznej stronie ramy wózka
kolor zielony - przebieg podłogi w osi wzdłużnej tramwaju

    
Wagony niskopodłogowe (korytarz na całej długości przebiega na jednakowym poziomie)

Przykladowy wózek z kołami bez osi



Wagon niskopodłogowy z wózkami, z klasycznymi zestawami kołowymi i zespołami napędowymi po zewnętrznej stronie ramy wózka
kolor zielony - przebieg podłogi w osi wzdłużnej tramwaju (widoczne pochylnie nad osiami zestawów kołowych wózków)


 
Pochylnie podłogi nad wózkami

Pochylnie w podłodze mogą występować nie tylko przy wózkach z klasycznymi zestawami kołowymi, ale również gdy zastosowane są wózki bezosiowe, w sytuacji gdy wymaga tego gabaryt konstrukcji wózka - np. przebieg belki bujakowej. Przepisy określają maksymalne dopuszczalne nachylenie oraz długość pochylni. Przy projektowaniu pojazdu analizuje się przebieg podłogi w odniesieniu do zakładanej konstrukcji podwozia i nadwozia. W przypadku, gdy wymiary pochylni przekraczałyby wymiary dopuszczane przepisami, koniczne jest wprowadzenie modyfikacji w nadwoziu, gabarytach wózka lub zastosowanie stopnia. W trzecim przypadku powstaje wagon częściowo niskopodłogowy. 

- WAGONY CZĘŚCIOWO NISKOPODŁOGOWE - posiadają część podłogi niskiej i część podłogi wysokiej. W strefie niskiej podłogi nie występują stopnie, dopuszczalne są pochylnie; obszar niskiej podłogi określa się procentowo w stosunku do całej powierzchni podłogi przestrzeni pasażerskiej.


Wagon częściowo niskopodłogowy (ok. 65% niskiej podłogi) z klasycznymi wózkami napędowymi (zespoły napędowe wewnątrz ramy wózka - wózek wysoki)
linie czerwone - podłoga wysoka
linia zielona - podłoga niska
linie pomarańczowe - stopnie drzwi

Jeden stopień między niską, a wysoką podłogą



Trzy stopnie pomiędzy niską, a wysoką podłogą


Obszar niskiej podłogi jest zależny od zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych w tramwaju. Tramwaje częściowo niskopodłogowe mają strefy niskiej podłogi najczęściej w zakresach od 15 - 75%. 

 
Człon niskopodłogowy (ok. 15% powierzchni tramwaju)




Tramwaj z członem niskopodłogowym

Wprowadzenie niskiej podłogi spowodowało konieczność przeniesienia dużej części wyposażenia pojazdu na dach tramwaju. Z tego powodu zmieniła się też lokalizacja środka ciężkości pojazdu, gdyż duża część masy przeniosła się spod nadwozia na dach. Środek ciężkości uległ podwyższeniu stąd projektując tramwaje z niską podłogą należy odpowiednio podejść do kwestii projektowania podwozia i usprężynowania w celu zapewnienia prawidłowej stateczności poprzecznej pojazdu oraz odpowiedniej wytrzymałości konstrukcji nadwozia (nośność dachu). Obniżenie wysokości podłogi wpłynęło na usprawnienie wymiany pasażerskiej oraz możliwość komfortowego korzystania z pojazdów osobom o ograniczonej możliwości poruszania się i osobom niepełnosprawnym. Umieszczenie większości aparatury w kontenerach na dachach wagonów poprawiło też komfort pracy personelu obsługującego, gdyż nie muszą pracować w kanale rewizyjnym, w zgiętej pozycji i z rękami uniesionymi do góry.

 
Kontenery aparatowe na dachu tramwaju i pomosty inspekcyjne w zajezdni

W najnowocześniejszych tramwajach z niską podłogą pod nadwoziem pozostały praktycznie tylko elementy podwozia (wózki) oraz inne niezbędne wyposażenie, które musi znajdować się w dolnej części pojazdu (zbiorniki piasku, sprzęgi, zgarniacze itp.)
Elementy podwozia mają podstawowy wpływ na obszar niskiej podłogi oraz jej przebieg. Podwozie (wózki i zabudowane w nich zestawy kołowe, zespoły napędowe, hamulcowe itd.) mają określone gabaryty, które wymuszają ich ingerencję w przestrzeń nadwozia. Z tego powodu spotyka się różne rozwiązania w zakresie układu przestrzeni pasażerskiej. Od gabarytów i zakresów poruszania się wózków względem nadwozia uzależniona jest na przykład lokalizacja siedzeń, szerokość przejść i wspomniany poziom podłogi.
Obecnie dąży się do tego, aby maksymalna powierzchnia podłogi w strefie pasażerskiej była obniżona. Powoduje to w najnowszych rozwiązaniach na przykład przesuwanie wózków pod kabinę motorniczego, czy koniec tramwaju, aby nie ingerowały w strefę dla pasażerów. Powszechnie stosuje się też wózki z kołami niezależnymi (bezosiowe, z osiami wykorbionymi) oraz zespoły napędowe zlokalizowane po zewnętrznych stronach ram wózków, po to by środkiem móc maksymalnie obniżyć poziom podłogi.

 
Wagon z wózkami na samych końcach członów


Obecnie projektowanie tramwajów to często sztuka kompromisu pomiędzy funkcjonalnością wnętrza, a prawidłowymi parametrami eksploatacyjnymi. Często słyszy się uwagi pasażerów, że jest przykładowo zbyt mało miejsca na nogi przy siedzeniach. W wielu przypadkach może to być prawdą, ale trzeba też spojrzeć z drugiej strony - z czego to wynika? Niekompetencji projektanta? Niekoniecznie! Skoro podłoga ma być obniżona, a pod siedzeniami zabudowane są wózki, to siedzenia te znajdują się na nadkolach. W efekcie ich rozstaw jest uzależniony od rozstawu zestawów kołowych w wózkach. A rozstaw ten nie może być dowolnie zmieniany, gdyż od niego zależna jest prawidłowa (lub nie) współpraca z torem, a w efekcie też zużycia eksploatacyjne, emisja hałasu i co najważniejsze - bezpieczeństwo eksploatacji.

 
Wózek toczny nieobrotowy z wykorbionymi osiami oraz widok nadkoli we wnętrzu tramwaju (opis na powiększeniu)


Przykładowy przebieg niskiej podłogi nad specjalnie ukształtowaną ramą wózka i wykorbioną osią (opis na powiększeniu)

Jest więc wiele aspektów, które trzeba brać pod uwagę. Należy też zadać sobie pytanie, czy faktycznie niska podłoga na całej długości strefy pasażerskiej pojazdu jest potrzebna. Można spotkać się z opinią, że około 60-70% niskiej podłogi jest całkowicie wystarczające dla zapewnienia bezpiecznej i sprawnej wymiany pasażerskiej oraz korzystania z pojazdu przez osoby o ograniczonej możliwości poruszania się. Zastosowanie jednego stopnia na końcach tramwaju nie wpływa znacząco na jakość i komfort podróży gdyż w zasadniczej strefie wymiany pasażerskiej podłoga jest niska. Taki układ może natomiast mocno przyczynić się do uproszczenia konstrukcji pojazdu, dostępu serwisowego, ale również, co często widać, zwiększenia ilości miejsc siedzących.
Proszę zwrócić uwagę, na poniższe fotografie, że mimo niskiej podłogi na całej długości przestrzeni pasażerskiej w strefie miejsc siedzących i tak mogą wystąpić podwyższenia, wynikające właśnie z przestrzeni potrzebnych na zabudowę podwozia.

   
Widoczne stopnie pomiędzy podłogą w korytarzu, a strefą siedzeń

Obniżanie podłogi powoduje również konieczność zmiany lokalizacji zespołów napędowych (silniki, przekładnie itd.). Zamiast klasycznego układu, w którym zespoły napędowe znajdują się pomiędzy kołami, stosowany musi być bardziej skomplikowany układ z zespołami napędowymi zabudowanymi po zewnętrznych stronach ramy wózka - równolegle do osi wzdłużnej pojazdu. W wielu rozwiązaniach powoduje to eliminację części siedzeń pasażerskich, bo w miejscu gdzie w strefie z podwyższoną podłogą znajduje się przestrzeń na nogi, w omawianym układzie zabudowany jest zespół napędowy.

    
 
Zespoły napędowe i przykładowe układy siedzeń

 
Widok wózka z klasycznymi zestawami kołowymi i podłogą przebiegającą tuż nad osią (opis na powiększeniu)

W powyższych rozwiązaniach pasażerowie zgłaszają uwagi, że brakuje podwójnych siedzeń, bo przecież w innych modelach tramwajów taki układ zastosowano. Tylko, że w tramwajach do których osoby te się odnoszą nie ma w tej strefie niskiej podłogi. Poniższa fotografia przedstawia omawiany układ z podwójnymi siedzeniami i stopniem między strefą niskopodłogową, a podłogą podwyższoną nad klasycznym wózkiem napędowym.


Podwójne siedzenia zlokalizowane na nadkolach wózka w strefie podwyższonej podłogi


Klasyczny wózek pod strefą wysokiej podłogi (opis na powiększeniu)

Na poniższej fotografii widać podobny układ podłogi i siedzeń jak omówiono powyżej, tylko brak jest siedzeń na nadkolach od strony frontowej (zaznaczono na czerwono). W tym przypadku brak siedzeń podyktowany jest zastosowaniem szerszych drzwi pasażerskich. Zamiast klasycznych drzwi o prześwicie 1300 mm zastosowano drzwi o 100 mm szersze. W efekcie zabrakło miejsca na zabudowę siedzeń z zapewnieniem minimalnej wymaganej przestrzeni na nogi. W wyniku tego zlokalizowano tam miejsce na bagaż, a pod nim zabudowana jest aparatura układu piasecznic i układu smarowania obrzeży kół.


Brak siedzeń w zaznaczonej strefie ze względu na zastosowane szersze drzwi

Poniższa fotografia przedstawia z kolei tramwaj, w którym niska podłoga jest przerywana fragmentami podłogi o podwyższonym poziomie ze względu na zastosowaną większą liczbę klasycznych wózków napędowych.

 
Niska podłoga przerywana "wyspami" nad klasycznymi wózkami napędowymi

Również w poniższym przykładzie można zaobserwować nietypowy kształt podłogi bezpośrednio podyktowany konfiguracją podwozia.


Ukształtowanie podłogi wynikające z gabarytów wózka i jego zakresu pracy względem nadwozia

Poziom niskiej podłogi przebiega najczęściej na wysokości ok. 300-350 mm powyżej poziomu główki szyny. W niektórych tramwajach stosowane są dodatkowe pochylnie w strefie drzwi pasażerskich, które powodują przykładowo obniżenie wysokości progu drzwi do ok. 300 mm w stosunku do zasadniczej wysokości podłogi biegnącej na poziomie ok. 350 mm.

   
Pochylnia przy drzwiach (na trzeciej fotografii widok od spodu wagonu)


Tramwaje z najniższym przebiegiem podłogi, wynoszącym 200 mm ppgs, to wagony typu ULF wyprodukowane przez koncern SIEMENS. Eksploatowane są w Wiedniu i rumuńskim mieście Oradea. Obniżenie poziomu podłogi do tej wysokości wymagało zastosowania nietypowego układu jezdnego, z zastosowaniem przegubów międzyczłonowych zintegrowanych z układem jezdnym i napędowym oraz z pojedynczymi, niezależnymi kołami.

 
Tramwaj typu ULF (Ultra Low Floor)


Układ zespołów napędowych w wagonie ULF
a - silnik trakcyjny
b - przekładnia

W tramwajach częściowo i w pełni niskopodłogowych stosowane są platformy (rampy) umożliwiające wjazd/wyjazd do/z tramwaju osobom na wózkach inwalidzkich. Rampy mogą być rozkładane ręcznie lub sterowane automatycznie.


Ręcznie rozkładana platforma (widoczne też pochylenie podłogi)


Automatycznie sterowana platforma dla wózków

W nowoczesnych tramwajach stosuje się w drzwi pasażerskie wyposażone w układy zabezpieczeń przed przytrzaśnięciem. Najczęściej stosuje się dwa takie układy. Pierwszym z nich są czujniki optyczne (fotokomórki), najczęściej montowane w dolnej strefie otworu drzwiowego. Działają one na zasadzie "widzenia" się dwóch naprzeciwległych czujników optycznych lub wysyłania promienia podczerwieni do odblasku, umieszczonego na przeciwko nadajnika. Jeżeli promień zostanie przerwany to system sterowania utrzyma drzwi otwarte lub jeżeli drzwi się już zamykają, a promień zostanie przerwany, to wdrożone zostanie rewersowanie drzwi, czyli ich ponowne pełne otwarcie.

  
Strefa kontroli fotokomórki (1) i czujniki optyczne fotokomórek w futrynach (2) - "widzą" się wzajemnie przez promień optyczny

   
Czujniki optyczne ("widzą" się wzajemnie przez promień optyczny fotokomórki)

 
Odblask i emiter

   
Fotokomórki z odblaskami (promień kierowany z emitera na odblask odbija się od niego i "wraca" do emitera)

 
Fotokomórki z odblaskami - 2 poziome i pionowa dla poręczy (1) oraz noga przerywająca promień - emiter "nie widzi" odblasku  (2)


Widoczne odbicia promieni na odblaskach

Drugim układem zabezpieczenia są czujniki ciśnieniowe w uszczelkach (ścisk uszczelek krawędziowych skrzydeł drzwiowych powoduje, wzrost ciśnienia w kanaliku powietrznym uszczelki, co system sterownia odczytuje jako przytrzaśnięcie i wdraża rewersowanie drzwi. Innym rozwiązaniem jest wykrywanie przytrzaśnięcia przez odpowiednią nastawę i pomiar wartości prądu pobieranego przez silnik napędzający drzwi. Jeżeli wartość prądu przewyższa wartość nastawy, to oznacza, że drzwi napotkały opór (przytrzasnęły kogoś lub coś) i w takim przypadku również wdrażane jest ich referowanie. W niektórych starszego typu pojazdach można spotkać również czujniki w postaci przycisków naciskowych w stopniach. Oparcie stopy o stopień powoduje aktywację przycisku, co wstrzymuje zamykanie drzwi.


Uszczelka z czujnikiem ciśnieniowym


Przycisk w stopniu drzwi potwierdzający obecność w świetle drzwi

Drzwi pasażerskie powinny rewersować w sytuacji wykrycia przeszkody o przekroju przynajmniej 60 x 40 mm przy sile ściskającej nie większej niż 290N.

 
Przykładowy napęd drzwi odskokowo-przesuwnych

   
Przykładowy napęd drzwi odskokowo-uchylnych

 
Przykładowy napęd drzwi harmonijkowych

 
Przykładowy napęd drzwi uchylnych

Pod względem ilości poziomów podłogi rozróżnia się:
- WAGONY JEDNOPOZIOMOWE,
- WAGONY PIĘTROWE - spotykane są wagony jednoczłonowe dwupokładowe.



Pod względem kierunku jazdy rozróżnia się:
- WAGONY JEDNOKIERUNKOWE - wyposażone w kabinę motorniczego na jednym końcu pojazdu oraz drzwi pasażerskie z jednej strony nadwozia; tramwaje takie wymagają pętli do zmiany kierunku jazdy.
- WAGONY DWUKIERUNKOWE - wyposażone w kabiny na obydwu końcach oraz drzwi pasażerskie z obydwu stron nadwozia; tramwaje takie nie wymagają stosowania pętli do zawracania w infrastrukturze - do zmiany kierunku jazdy wystarczające jest zastosowanie tzw. przejścia zwrotnicowego; ze względu na dwukrotną liczbę drzwi wagony takie mają mniej miejsc siedzących w stosunku do odpowiedników jednokierunkowych.

   
Wagony wieloczłonowe dwukierunkowe - drzwi po obydwu stronach nadwozia


Dwa jednoczłonowe wagony dwukierunkowe z kabinami spięte tyłami



Przejścia zwrotnicowe umożliwiające zmianę kierunku jazdy przez przejazd po rozjazdach na tor właściwy dla danego kierunku

Pod względem szerokości toru, po jakich mogą być eksploatowane tramwaje, rozróżnia się wagony:
- NORMALNOTORWE - rozstaw szyn toru 1435 mm,
- WĄSKOTOROWE - rozstaw szyn toru poniżej 1435 mm - w Polsce: 1000 mm,
- SZEROKOTOROWE - rozstaw szyn toru 1524 mm,


Tramwaje zasilane są energią elektryczną prądu stałego o znamionowej wartości napięcia 600 V lub 750 V. W Polsce stosowane jest zasilanie napięciem 600 V w tolerancji -200 / +150 V.
Pod względem biegunowości zasilania sieci trakcyjnej rozróżnia się tramwaje przystosowane do zasilania w układzie:
- biegun dodatni w sieci jezdnej / biegun minusowy w szynach toru (klasyczny układ zasilania),
- biegun minusowy w sieci jezdnej / biegun dodatni w szynach (np.: Łódź, Częstochowa).



Poniższy film przedstawia widok z kamery szlakowej tramwaju podczas eksperymentu dotyczącego oporów ruchu pojazdu szynowego, który realizowałem ze studentami Politechniki Krakowskiej w ramach zajęć Koła Naukowego "Transport". Tramwaj na relatywnie płaskim odcinku rozpędzony do 50 km/h po przejechaniu około 1000 m na wybiegu (hamowany tylko siłami oporów ruchu) zmniejszył prędkość tylko do prędkości 30 km/h. To udowadnia fakt znacznie mniejszych (około 3x) oporów toczenia pojazdu szynowego (koła stalowe – szyny stalowe i mała powierzchnia styku koła z szyną) względem pojazdów samochodowych (koła ogumione – jezdnia i duża powierzchnia styku opony z jezdnią).




Wagony tramwajowe od producentów dawniej często dostarczane były na platformach kolejowych. Problemy logistyczne z tym związane (brak powiązania sieci tramwajowych z kolejowymi oraz wieloczłonowość pojazdów) powoduje, że obecnie najczęściej w tym celu wykorzystuje się transport samochodowy. Tramwaje przewożone są na specjalistycznych lawetach.

   
Wagon tramwajowy na specjalistycznej lawecie

Poniższy film przedstawia rozładunek wagonu tramwajowego po dostawie do przewoźnika.

Pokaz zderzenia tramwaju z samochodem osobowym