Nowa generacja systemu podwieszeń dedykowanego do lekkich sieci trakcyjnych

Akronim: MABTECH
Numer: TECHMATSTRATREG2/409939/6/NCBR/2019
Program/Konkurs: TECHMATSTRATEG
Jednostka finansująca: NCBR
Kierownik projektu: dr inż. Joanna Zdunek na Politechnice Warszawskiej
Funkcja: konsorcjant
Czas realizacji: 2019-2021

W ramach niniejszego projektu opracowana oraz wdrożona do produkcji zostanie nowa wersja systemu podwieszenia dedykowanego do tzw. lekkiej kolejowej jak i tramwajowej górnej sieci trakcyjnej, której komercjalizację planuje się zarówno w Polsce jak i w Europie. Obecnie stosowane krajowe systemy trakcji kolejowej wykorzystują tzw. górną sieć trakcyjną, która w Polsce zasilana jest prądem stałym o napięciu 3 kV. Budowa takiej sieci umożliwiać musi ciągły kontakt stykowy pomiędzy przewodem jezdnym a nakładką stykową pantografu poruszającego się składu kolejowego, co w praktyce zapewnione jest poprzez wykorzystanie szeregu elementów konstrukcyjnych rozmieszczonych wzdłuż torów kolejowych, rozpoczynając od konstrukcji wsporczych i kończąc na ostatnim nieruchomym elemencie tej sieci, zawieszonym bezpośrednio nad osią toru tj. przewodzie jezdnym. Dzięki ciągłemu kontaktowi przewodu jezdnego z pantografem zamknięty zostaje obwód elektryczny umożliwiający przepływ energii elektrycznej z podstacji trakcyjnej do górnej sieci trakcyjnej, a konkretnie do liny nośnej oraz poprzez odpowiednio rozmieszczone mostki prądowe do przewodu jezdnego, silników trakcyjnych pojazdu szynowego i następnie poprzez koła, szyny i tzw. sieć powrotną z powrotem do podstacji trakcyjnej.

Jednym z elementów składowych tego skomplikowanego systemu jest tzw. podwieszenie sieci trakcyjnej, będące w swej istocie wieloelementową konstrukcją przestrzenną z odciągami linowymi, która w większości przypadków wytwarzana jest na bazie standardowych stali konstrukcyjnych podatnych na korozję. Jego produkcja bazuje głównie na procesie cięcia, gięcia, spawania oraz obróbki mechanicznej komercyjnie dostępnych kształtowników oraz procesów ich zabezpieczenia antykorozyjnego tj. głównie cynkowania ogniowego oraz malowania natryskowego. Metoda ta w wielu przypadkach jest mocno niedoskonała, co zaobserwowano na podstawie badań pozwalających na uwidocznienie, że zabeczenia tego typu nie są wystarczające i prowadzą do szybko występującej korozji elementów konstrukcyjnych systemu podwieszenia. Dodatkowo część elementów wykorzystywanych w rodzimych tramwajowych i kolejowych podwieszeniach sieci trakcyjnych tj. głównie uchwytów, obejm czy przegubów wytwarzana jest przy pomocy tradycyjnej technologii odlewania grawitacyjnego. Metoda ta posiada szereg wad prowadzących do otrzymania wyrobów o niskiej jakości powierzchni, wadach wewnętrznych oraz wynikających z nich niskich własnościach eksploatacyjnych. W związku z powyższym coraz częściej zarówno w Polsce jak i za granicami naszego kraju obserwuje się, że elementy te są często w fatalnym stanie technicznym już po okresie ich 10-15 letniej eksploatacji w zależności od miejsca ich zamontowania, co związane jest z licznymi ogniskami korozji, pęknięciami czy zluzowaniem elementów skręcanych. Dodatkowo badania sieci trakcyjnej wykazały, że zastosowane tradycyjne systemu podwieszenia sieci trakcyjnej wpływają bardzo niekorzystnie na jej parametry tj. głównie na współczynnik równomierności elastyczności sieci, bezpośrednio wpływający na ograniczenia prędkościowe kursujących składów kolejowych.

Na tej podstawie, w kontekście aktualnego stanu wiedzy oraz odpowiadając na rzeczywiste zapotrzebowanie rynku kolejowego i tramwajowego podjęte zostały prace koncepcyjno badawcze, realizowane w kompleksowo dobranym konsorcjum składającym się z firmy Mabo Sp. z o.o.; Wydziału Metali Nieżelaznych, Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie; Instytutu Metali Nieżelaznych, Oddziału Metali Lekkich w Skawinie oraz Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej. Celem tych prac jest zaprojektowanie od podstaw nowego rozwiązania konstrukcyjnego systemu podwieszenia, wykonywanego z nowego materiału, który dostosowany będzie do tzw. lekkich sieci trakcyjnych. Innowacyjność oraz oryginalność niniejszego projektu lokuje się zarówno w nowej konstrukcji poszczególnych elementów systemu podwieszenia sieci trakcyjnej jak i opracowaniu oraz doborze najkorzystniejszego materiału konstrukcyjnego do ich wytwarzania. Geometria oraz konstrukcja nowego systemu podwieszenia opracowana zostanie wykorzystując duże doświadczenie poszczególnych członków konsorcjum w konsultacji z ekspertami z Instytutu Kolejnictwa jak i PKP PLK S.A. oraz na podstawie analizy wad i zalet rozwiązań aktualnie stosowanych konstrukcji. Równolegle przeprowadzone zostaną badania nad doborem oraz wytworzeniem najkorzystniejszego materiału konstrukcyjnego na poszczególne elementy nowego systemu podwieszenia, gwarantującego jego odpowiednią wytrzymałość mechaniczną (nośność), odkształcalność technologiczną na etapie przetwarzania, spawalność czy odporność korozyjną. Po zakończeniu fazy badawczej przeprowadzone zostaną działania mające na celu wdrożenie zaprojektowanej technologii oraz uruchomienia produkcji opracowanego rozwiązania konstrukcyjnego systemu podwieszenia w warunkach przemysłowych firmy Mabo Sp. z o.o.