Tramwaje, pociągi osobowe, szybka kolej miejska – wszystkie z tych pojazdów poruszają się po szynach i przewożą pasażerów. Nie jest jednak tak, że projektowane są w sposób identyczny lub mocno zbliżony. Każdy z tych pojazdów ma inne przeznaczenie, narażony jest na inne zagrożenia, ulega w inny sposób eksploatacji i powinien gwarantować swoim podróżnym inny poziom komfortu. Zupełnie innych rozwiązań będzie przecież wymagał dalekobieżny pociąg pokonujący trasy międzynarodowe niż tramwaj poruszający się po mieście. Ten pierwszy, pokonując tysiące kilometrów, narażony jest na szybsze zużycie części, musi rozpędzać się do większych prędkości i powinien gwarantować pasażerom wyższy poziom komfortu (podróż może przecież trwać nawet kilkanaście godzin!). W drugim przypadku natomiast nie będziemy mieli potrzeby rozwijania prędkości rzędu setek kilometrów na godzinę, ani też nie pojawi się konieczność zwiększania wygody podróży – jazda tramwajem zazwyczaj trwa od kilku do kilkudziesięciu minut.

Projektowanie elementów zawieszenia powinno odbywać się w kooperacji – powinien brać w nim udział zarówno konstruktor, producent zawieszeń, jak i producent całego pojazdu. Każdy z nich wniesie do projektu potrzeby ze swojej dziedziny, co złoży się na efekt końcowy.

Projektowanie elementów zawieszenia pojazdów szynowych powinno również być oparte na międzynarodowych normach bezpieczeństwa. Bez ich spełnienia niemożliwe jest dopuszczenie pojazdu do użytku.

Co ma wpływ na projekt elementów zawieszenia pojazdów szynowych?

Ostateczny kształt projektu pojazdu szynowego zależny jest od wielu czynników. Jak już zostało wspomniane – czynniki te zależne są od potrzeb wszystkich trzech stron biorących udział w tworzeniu takiego projektu. Dla każdej z nich ważne będą inne elementy.

Można przyjąć, że to, jak wyglądało będzie zawieszenie pojazdu szynowego, będzie zależne od takich kwestii jak między innymi:

• docelowa masa pojazdu,
• docelowa maksymalna prędkość pojazdu,
• rozmieszczenie kół w pojeździe,
• wymiary kół oraz zestawu kołowego,
• siła pociągowa pojazdu,
• moment oporowy wózka,
• moment bezwładności wózka,
• docelowy dopuszczalny niedobór przechyłki,
• wysokość środka ciężkości pojazdu,
• rozkład siły pionowego nacisku koła i zestawu,
• oraz wiele innych.

Po przygotowaniu wszystkich danych, o których mowa powyżej, przeprowadza się tzw. multibody simulation – czyli symulację metodą układów wieloczłonowych. Reprezentuje ona układ kinematyczny pojazdu i pozwala ocenić poprawność projektu.

Projektowanie elementów zawieszenia pojazdów szynowych – istota spełniania norm

Bardzo ważną kwestię w kontekście tworzenia projektów pojazdów szynowych, której dodatkowo nie da się pominąć, stanowią normy bezpieczeństwa.

Normy bezpieczeństwa to najczęściej międzynarodowe (a w naszym przypadku również unijne) założenia bezpieczeństwa, których należy przestrzegać, projektując, produkując i dopuszczając do użytku pojazdy szynowe. Wśród nich odnaleźć możemy takie normy jak chociażby norma palnościowa EN 45545-2.

Podczas projektowania elementów zawieszenia niezwykle istotne są natomiast normy bezpośrednio powiązane zarówno z dynamiką prowadzenia pojazdu (co ma szczególne znaczenie podczas dopuszczania pojazdu do użytku) oraz z komfortem podróżowania danym pojazdem. Mowa o takich normach jak:

• PN-EN 14363+A1:2019-02 (bezpieczeństwo, dynamika pojazdu),
• PN-EN 12299:2009 oraz UIC-513 (komfort podróżowania związany z wibracjami powstającymi podczas jazdy).

Spełnienie ich jest istotne nie tylko ze względów prawnych, ale zdecydowanie może przyczynić się do lepszego odbioru danego środka transportu – np. ze względu na podwyższenie poziomu komfortu podróży wiele osób może chętniej skorzystać z danego pojazdu, zwiększając tym samym obroty przewoźnika.

Projektowanie zawieszenia pojazdów szynowych a elementy gumowo-metalowe

Osobną kwestię w kontekście projektowania zawieszenia dla pojazdów szynowych stanowią tak zwane elementy gumowo-metalowe. Ze względu na ich specyfikę przyznaje się im różną żywotność, która najczęściej wynosi 8 lat.

Dla projektantów i konstruktorów pojazdów szynowych elementy gumowo-metalowe są bardzo istotne i często okazują się być wyzwaniem. Trzeba przecież tak je dobrać, by były wytrzymałe, dobrze spełniały swoją funkcję, spełniały normy bezpieczeństwa oraz były dostępne w racjonalnych cenach.

Proces zużywania się elementów gumowo-metalowych może przybrać różne formy. Zazwyczaj jest to:

• sztywnienie i utrata sprężystości,
• deformacja ze względu na obciążenia i pracę,
• pęknięcia powstające wskutek promieniowania UV, warunków pogodowych (mrozy), a także kontakt z ozonem,

Elementy tracące swoje właściwości powinny zostać wymienione na nowe, by nie narażać pojazdu na wypadek, a podróżnych na uszczerbek na zdrowiu bądź życiu. Ich żywotność da się oczywiście przewidzieć, jednak regularne kontrole są jak najbardziej wskazane (a niektóre również wymagane prawnie).

Kwestia dopasowania projektu zawieszenia pojazdu szynowego do rzeczywistości jest niezwykle istotna. Ostateczny kształt takiego projektu zależny będzie od docelowych parametrów fizycznych pojazdu, jego możliwości, a także przeznaczenia. Nieprawidłowe prognozy mogą sprawić, że pojazd będzie niewystarczająco dopasowany do swojej pracy, nie spełni norm bezpieczeństwa i komfortu, będzie zbyt drogi lub po prostu nie zostanie dopuszczony do użytku. Dlatego tak ważne jest, by projektowaniem jego zawieszenia zajmowali się profesjonaliści.