CONTRACT

1. PROGRAMPARTENERIATE Subprogram“Proiecte Colaborative de Cercetare Aplicativă”Tematica de Cercetare Creşterea siguranţei şi securităţii transportului CONTRACT ”Soluţii pentru îmbunătăţirea performanţelor dinamice şi a securităţii la coliziuni a vehiculelor de tracţiune feroviară pentru alinierea la cerinţele impuse de normativele europene” - acronim SIPDSI-VTF Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

2. COORDONATOR PROIECT: UNIVERSITATEA ”Politehnica” din BUCUREȘTI Director proiect: Prof.dr.ing. Ioan SEBEȘAN Responsabil UPB: Conf.dr.ing. Gabriel POPA PARTENERI: S.C. SOFTRONIC CRAIOVA Responsabil proiect: Dr. fiz. Ion MANEA ACADEMIA ROMÂNĂ - INSTITUTUL DE MECANICA SOLIDELOR Responsabil proiect: C.S. Dr. Gheorghe GHIȚĂ Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

3. FAZA 01 Studiu şi analiza privind metodele de determinare şi evaluare a performanţelor dinamiceşi a răspunsului la impact a vehiculelor de tracţiune feroviară pentru alinierea la normele europene Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

4. Elaborare studiu privind stadiul actual al metodelor şi modelelor utilizate pentru determinarea şi analiza performanţelor dinamice şi a calităţii mersului vehiculelor de tracţiune feroviară S-au desfăşurat cercetări teoretice privind factorii care determină performanţele dinamice în general ale vehiculelor feroviare precum şi metodele care stau la baza aprecierii calităţii de mers în conformitate cu reglementările internaţionale. Privind performanţele dinamice ale vehiculelor s-au studiat o serie de aspecte determinante pentru cele două cerinţe de bază ale oricărui vehicul de cale ferată, respectiv siguranţa ghidării în cale şi calitatea de mers. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

5. Condiţiile de asigurare a ghidării osiilor la circulaţia peste aparatele de cale: Cercetările efectuate în cadrul UIC, referitoare la roţile cu diametru mic, de către comitetele ORE D 72 şi C 70 în domeniul aparatelor de cale, de C 9 în domeniul osiilor şi şinelor din calea curentă au arătat că formele de uzură ale profilurilor de roţi şi elementelor de cale se adaptează reciproc şi că un profil unic constant de uzură se stabileşte pe suprafaţa de rulare a bandajului. Flancul exterior activ al buzei nu tinde către un profil bine definit şi astfel depăşirea unor limite de uzură poate periclita siguranţa circulaţiei, îndeosebi la trecerea peste aparatele de cale, care oferă prin construcţie discontinuităţi ale suprafeţelor de ghidare şi de rulare în raport cu şinele căii curente. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

6. Siguranţa contra deraierii. Limita de deraiere: Siguranţa contra deraierii la un vehicul de cale ferată determinată de capacitatea de ghidare a osiei conducătoare. • Capacitatea de torsionare: Torsionarea căii face ca punctele de contact ale celor patru roţi de la un boghiu sau de la un vehicul pe două osii să nu fie în acelaşi plan, ceea ce conduce la o repartizare inegală a sarcinilor pe roţi.Dacă roata cea mai descărcată este şi atacantă, aceasta poate să deraieze atunci când osia respectivă depăşeşte limita capacităţii sale de ghidare. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

7. Forţe dinamice produse prin şocul de atac: În curbele căii ferate pot apărea abateri de la dimensiunile nominale, sub formă de coturi continue sau discontinue, ce produc forţe dinamice de interacţiune vehicul-cale în direcţie transversală, care, pe lângă că înrăutăţesc calitatea mersului, pot periclita şi siguranţa ghidării vehiculelor. • Calitatea mersului la vehiculele feroviare: Comportarea dinamică a vehiculului pe calea de rulare. • Fenomenul de stick-slip. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

8. Variaţiile de sarcini pe osii la vehiculele de tracţiune. • Influenţa frânării asupra siguranţei circulaţiei şi a confortului călătorilor Evoluţia reacţiilor dinamice longitudinale (a) şi a vitezelor relative (b) dintre vehiculele unui tren format din locomotivă pe şase osii şi nouă vagoane de călători, în regim de frânare. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

9. Studiu privind stadiul actual al metodelor si modelelor pentru evaluarea rezistentei la coliziuni a vehiculelor feroviare. Managementul Energiei de Deformare, cunoscut sub abrevierea de CEM de la Crash Energy Management, care reprezinta o strategie modernă de proiectare a vehiculelor feroviare ce include zone de deformare controlată în locuri neocupate de pasageri sau de către personalul de deservire a vehiculului. Aceste zone sunt concepute pentru a se zdrobi la niveluri de forță mai mici decât cele din compartimentele ocupate de pasageri sau de mecanic. Printr-o inginerie adecvata a zonelor de deformare, energia de coliziune este disipată în spațiile neocupate ale trenului, menținând astfel integritatea și siguranța zonelor ocupate, iar în final având ca rezultat protejarea vieții pasagerilor și a personalului operativ. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

10. FAZA 02 Elaborare model experimental pentru determinarea performanțelor dinamice și a securității la impact a vehiculelor de tracţiune feroviară Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

11. Elaborare modelul experimental pentru sistem de măsură și analiză pentru determinarea performantelor dinamice și analiza calității mersului. În cadrul proiectului sunt abordate cercetări aplicative pentru realizarea unor soluţii moderne în vederea evaluării şi optimizării performanţelor dinamice ale vehiculelor de tracţiune feroviară şi pentru evaluarea securităţii la impact prin utilizarea analizei combinate, teoretice şi experimentale, conform normativului european SR EN 15227+A1:2011: Aplicații feroviare – Cerințe de siguranță pasivă contra coliziunii pentru structurile cutiilor de vehicule feroviare”. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

12. Obiectivele generale ale proiectului sunt: • Realizarea unor soluții moderne pentru determinarea teoretica și experimentală a factorilor privind dinamica și calitate mersului vehiculelor de tracţiune feroviara. • Realizarea unor tehnologii bazate pe analiza teoretica și pe analiza structurală experimentală pentru dimensionarea și optimizarea structurală și pentru evaluarea rezistenței la coliziuni a noilor vehicule de tracţiune feroviara în conformitate cu normativul SR EN 15227. • Realizarea unor tehnologii moderne bazate pe analiza operaţionalăpentru evaluarea nivelului real de solicitare al principalelor echipamente de bord şi de automatizare în vederea încercării la vibraţii și șocuri în conformitate cu starea vibratorie reală. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

13. Realizarea și experimentarea unui dispozitiv cu fluid magnetoreologic de preluare a energiei de coliziune și a unui dispozitiv cu „frecare programată”, montat în suspensia secundară, pentru îmbunătățirea calității mersului vehiculelor feroviare. • Cercetările din cadrul proiectului au ca scop realizarea de vehicule feroviare performante, cu grad ridicat de siguranţă în exploatare şi care să corespundă solicitărilor normativelor europene din domeniul transportului feroviar de marfă şi de călători. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

14. Cercetările sunt orientate către cele mai recente tipuri de vehicule feroviare aflate în planul de cercetare şi de producţie al SC Softronic Craiova: Locomotiva Electrica cu Motoare de tracţiune Asincrone – LEMA Modernizată, aliniată cerinţelor la coliziune ale normativului SR EN15227-A1/2011. Trenul Electric Regional RES 1720kW, unitate electrică de transport feroviar formată din 4 vagoane interconectate, două motoare, de capăt, şi două purtător, aliniată cerinţelor la coliziune ale normativului SR EN15227-A1/2011. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

15. Obiectivele etapei au fost: • Elaborare model experimental pentru „Sistem de măsură şi analiză pentru determinarea performanţelor dinamice şi analiza calităţii mersului” • Elaborare model experimental pentru „Sistemul de evaluare a rezistenţei structurale şi a răspunsului la impact al vehiculelor de tracţiune feroviară” Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

16. ELABORARE MODELUL EXPERIMENTAL PENTRU “SISTEM DE MĂSURĂ ȘI ANALIZĂ PENTRU DETERMINAREA PERFORMANTELOR DINAMICE ȘI ANALIZA CALITĂȚII MERSULUI”. Frecvenţele oscilaţiilor vehiculelor feroviare se situează într-un domeniu foarte larg, între 0,5 şi 100 Hz, dar cea mai mare parte a energiei mecanice de vibraţie se află în domeniul frecvenţelor joase 0,5 – 3 Hz. Efectele vibraţiilor vehiculelor feroviare asupra organismului uman (aspect esențial pentru calitatea mersului) au fost evaluate în funcţie de amplitudine şi frecvenţă. Frecvenţele optime se situează între 0,5 şi 1,5 Hz. Vibraţiile cu frecvenţă mai mică de 0,5 Hz produc disconfortul pasagerilor sub formă de ameţeli şi greaţă. La frecvenţe mai mari de 3,5 Hz apar diferite efecte, dintre care se menţionează: la 5 Hz apar dureri de cap, între 25 – 40 Hz apar perturbaţii ale vederii, la 60 – 90 Hz se realizează o dereglare severă a vederii. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

17. A fost realizat un model matematic implementat într-un program de calcul în limbaj Matlab pe un calculator dotat cu o placă de achiziție și conversie analog – digitală și testat pe un semnal aleator cunoscut. Acest calculator cu programul de calcul aferent se constituie în modelul experimental de analiză pentru determinarea performantelor dinamice și analiza calității mersului. • La modelul experimental virtual de analiză a vibraţiilor se adaugă modelul matematic pentru mişcarea de stick-slip, un fenomen de autooscilatie pe direcţia de mers (longitudinală). Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

18. Modelul mecanic echivalent pentru studiul stick-slip-ului. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

19. Variaţia în timp a vitezei unghiulare a roţii la producerea stick – slip – ului. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

20. Reprezentarea mişcării în planul fazelor Se observă creşterea rapidă a amplitudinilor torsionare ale osiei, atingându-se ciclul limită după circa 1s de la producerea patinării osiei, când amplitudinile devin maxime. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

21. Variaţia în timp a forţei de frecare la producereastick – slip– ului. Forța de frecare variază între o valoare maximă egală cu forţa limitată de aderenţă, şi o valoare minimă, în faza de “slip”, care scade în timp. Prin urmare, variaţia forţei de tracţiune corespunzătoare osiei s-a produs stick –slip–ul este Fa – Tmin. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

22. 2. Elaborare modelul experimental pentru „sistemul de evaluare a rezistenței structurale și a răspunsului la impact al vehiculelor de tracțiune feroviară”. Modelul geometric 3D pentru LEMA Modernizată Modelul cu elemente finite Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

23. Compresiune cu 2 x 1 MN pe axa tampoanelor Condiţii la limită şi încărcări Distribuţia tensiunilor echivalente Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

24. Distribuţia deplasărilor verticale, după axa OZ Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

25. Distribuţia deplasărilor longitudinale, axa OX Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

26. Analizând datele se poate concluziona, că pentru toate cazurile de încărcare, tensiunile maxime rezultate se află sub limitele admisibile date pentru S 235 J2 EN 10025-2, iar harta de distribuţie a tensiunilor echivalente evidenţiază zonele cele mai solicitate. Modelul geometric al ramei de boghiu cu setarea punctelor de excitare și de răspuns vibratoriu Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

27. Funcțiile de răspuns în frecvență și animația ramei de boghiu pe frecvențe proprii Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

28. Concluzii • - Model experimental pentru analiza cu elemente finite a Locomotivei Electrice cu Motoare de Tracţiune Asincrone – LEMA Modernizată, • - Model experimental pentru analiza cu elemente finite a Trenului Electric Regional – RES 1720 kW, • - Model experimental pentru analiza cu elemente finite a ramei de boghiu a Locomotivei Electrice Modernizată LEMA, • - Model experimental pentru analiza modală experimentală a ramei de boghiu a Locomotivei Electrice cu Motoare Asincrone – LEMA, • - Modele experimentale pentru analiza operațională și modală a motoarelor de tracțiune. În cadrul etapei 03 se vor face experimentări pentru validarea modelelor elaborate în cadrul prezentei etape și se va realiza analiza la scenariile de coliziune pentru unul sau ambele vehicule feroviare noi realizate la SC Softronic Craiova: Locomotiva Electrică cu Motoare de Tracţiune Asincrone – LEMA Modernizată, Trenul Electric Regional – RES 1720 kW. Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014

29. VĂ MULȚUMESC ! Conferințele Club Feroviar - Alba Iulia 2014