Assessing steam locomotive dynamics and running safety by computer simulation

• Autorzy: Bušs D.

Warianty tytułu

PL

Oceny dynamiki oraz bezpieczeństwa pracy lokomotywy parowej na podstawie symulacji komputerowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Steam locomotives are preserved on heritage railways and also occasionally used on mainline heritage trips, but since they are only partially balanced reciprocating piston engines, damage is made to the railway track by dynamic impact, also known as hammer blow. While causing a faster deterioration to the track on heritage railways, the steam locomotive may also cause deterioration to busy mainline tracks or tracks used by high speed trains. This raises the question whether heritage operations on mainline can be done safely and without influencing the operation of the railways. If the details of the dynamic interaction of the steam locomotive's components are examined with computerised calculations they show differences with the previous theories as the smaller components cannot be disregarded in some vibration modes. A particular narrow gauge steam locomotive Gr-319 was analyzed and it was found, that the locomotive exhibits large dynamic forces on the track, much larger than those given by design data, and the safety of the ride is impaired. Large unbalanced vibrations were found, affecting not only the fatigue resistance of the locomotive, but also influencing the crew and passengers in the train consist. Developed model and simulations were used to check several possible parameter variations of the locomotive, but the problems were found to be in the original design such that no serious improvements can be done in the space available for the running gear and therefore the running speed of the locomotive should be limited to reduce its impact upon the track. The developed theory and calculation model allows an assessment of locomotive's current design running behaviour, and can be used to evaluate possible improvements to steam locomotive dynamics.

PL

Parowozy traktowane są na kolei jako jej dziedzictwo. Wykorzystuje się je okazjonalnie, głównie do wycieczek. Dzieje się tak ze względu na ich częściowe wyważenie silników tłokowych, które poprzez dynamiczne oddziaływanie na tory kolejowe przyczynia się do ich uszkodzeń. Tego typu działania mogą doprowadzić również do pogorszenia się stanu głównych linii kolejowych używanych przez pociągi dużych prędkości. Stąd właśnie rodzi się pytanie, czy możliwe jest wykorzystanie dziedzictwa jakim są parowozy w taki sposób, aby było to bezpieczne i nie wpływało na funkcjonowanie współczesnej kolei. Podczas badania oddziaływania dynamicznego elementów parowej lokomotywy, wyniki otrzymywane z obliczeń komputerowych pokazują różnice w teoriach. Analizie została poddana lokomotywa parowa Gr-319. Stwierdzono, że lokomotywa wykazuje duże wartości sił dynamicznych na torze, które są 16 D. Bušs o wiele większe niż podane w danych projektowych. W związku z tym bezpieczeństwo jazdy jest zmniejszone. Stwierdzone duże niesymetryczne wibracje wpływają nie tylko na wytrzymałość zmęczeniową lokomotywy, ale również mają znaczenie dla komfortu załogi i pasażerów znajdujących się w pociągu. Opracowany model i symulacje zostały wykorzystane do sprawdzenia kilku możliwych wariantów parametrów lokomotywy. Jednak problemy w pierwotnym projekcie okazały się takie, że żadne poważne ulepszenia nie mogą być wykonane w przestrzeniach dostępnych dla podwozia. Opracowana teoria i model obliczeniowy pozwalają na ocenę zachowania lokomotywy i mogą być wykorzystane do oceny ewentualnych ulepszeń jej pracy.

Słowa kluczowe

EN

steam locomotive; balancing; reciprocating; hammer blow; rolling stock and track interaction

PL

parowóz; lokomotywa parowa; balansowanie; tłok; uderzenie młotem

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Transport Problems
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 10, z. spec.
• Strony: 15--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bušs D.

• Institute of Transportation, Riga Technical University, Indrika iela 8a, Rīga, LV-1004, Latvia

Bibliografia

• 1. Альбом чертежей узкоколейного паровоза серии «Гр» 250 л.с. 0-4-0 колеи 750 мм. с трехосным тендером. № 201-342. Том I. Бабельсберг: «ЛОВА». 1951 [In Russian: Drawings of narrow gauge steam locomotive class «Gr» 250 HP 0-4-0 gauge 750 mm, with three axle tender, Nr. 201-342, part I. Babelsberg: LOVA].
• 2. Альбом чертежей узкоколейного паровоза серии «Гр» 250 л.с. 0-4-0 колеи 750 мм. с трехосным тендером. I№ 201-342. Том I. Бабельсберг: «ЛОВА». 1951 [In Russian: Drawings of narrow gauge steam locomotive class «Gr» 250 HP 0-4-0 gauge 750 mm, with three axle tender. Nr. 201-342, part II. Babelsberg: LOVA].
• 3. Дробинский, В.А. Как устроен и работает паровоз. Москва: Трансжелдориздат. 1955. 251 p. [In Russian: Drobinskij, V.A. Steam locomotive design and how it works. Moscow: Transzheldorizdat].
• 4. Phillipson, E.A. Steam locomotive design: data and formulae. The Locomotive Publishing Co. Ltd., 1936.
• 5. Сыромятников, С.П. Курс паровозов. Устройство и работа паровозов и техника их ремонта. Том II. Машина, экипаж и тендер. Москва: Трансжелдориздат. 1937 [In Russian: Siromjatnikov, S.P. Steam locomotive course. Design and operation of steam locomotives and repair technology. Part II. Piston engine, running gear, tender. Moscow: Transzheldorizdat].
• 6. Евенко, В.И. & Белов, В.Ф. & Белянкин, А.А. Теория и расчет паровоза. Москва: Трансжелдориздат. 1951 [In Russian: Evenko, V.I. & Belov, V.F. & Beljankin, A.A. Theory and design calculations of steam locomotives. Moscow: Transzheldorizdat].
• 7. Chapelon, A. La Locomotive a Vapeur. Rode: Camden Miniature Steam Services. 2000. [In French: Chapelon A. Steam locomotive].
• 8. Porta, L.D. Advanced Steam Locomotive Development - Three Technical Papers. Rode: Camden Miniature Steam Services. 2006.
• 9. Wardale, D. The Red Devil and Other Tales from the Age of Steam. Inverness. 2002.
• 10. Вульф, В.В & Скепский, П.А. & Хайкис Л.Б. Проверки при ремонте паровозов. Москва: Трансжелдориздат. 1950 [In Russian: Vulf, V.V. & Skepskij, P.A. & Hajkis, L.B. Measurements and checks at steam locomotive overhaul. Moscow: Transzheldorizdat].