Nejmodernější vozidlo na rozchodu 600 mm v Mladějově

V rámci spolupráce s Dopravní fakultou Jana Pernera Univerzity Pardubice, konkrétně s Katedrou elektrotechniky, elektroniky a zabezpečovací techniky v dopravě zavítalo na Mladějovskou průmyslovou dráhu čistě elektrické experimentální kolejové vozidlo s individuálním pohonem volných kol.

Katedra elektrotechniky, elektroniky a zabezpečovací techniky v dopravě dlouhodobě spolupracuje s firmou Škoda Electric a. s. při výzkumu v oblasti elektrických trakčních pohonů. Tato spolupráce vyústila ve výzkumný projekt nazvaný „Výzkum jízdních vlastností a řízení pohonů trakčních kolejových vozidel s nezávisle otáčivými koly“, jehož se dále účastní Výzkumný ústav kolejových vozidel a. s..

Jak již název napovídá, projekt je zaměřen na výzkum řízení trakčních pohonů vozidel s nezávisle otočnými koly, tedy vozidel, u nichž již není použito klasické dvojkolí, jaké se používá u kolejových vozidel více jak 150 let. Použití volných kol si v současné době vynucuje – a to zvláště u tramvajových vozidel – požadavek na stoprocentní nízkopodlažnost celého vozidla, kdy se podlaha salonu pro cestující nalézá téměř ve stejné výši, jako u vozidel standardní vysokopodlažní stavby osa klasického dvojkolí.

Koncepce s volnými koly na jedné straně umožňuje stavbu stoprocentně nízkopodlažního kolejového vozidla, na straně druhé však přináší i mnoho obtíží. Pomineme-li mechanické záležitosti, tedy konstrukčně náročnější podvozky, je to hlavně značný nárůst složitosti trakčního pohonu vozidla a hlavně doposud nepříliš probádané chování takovýchto vozidel při jízdě v koleji.

I přes zmíněné obtíže Škoda Transportation a. s. ve spolupráci se Škodou Electric a. s. navrhla a v současné době dokonce sériově vyrábí tramvaje továrního typu 15T známé pod obchodním názvem ForCity. Koncepce vozidla s volnými koly byla u těchto tramvají dotažena k samé hranici současných technických možností, protože se jedná o tříčlánková velkokapacitní vozidla se čtyřmi otočnými podvozky, která jsou stoprocentně nízkopodlažní a zároveň mají poháněna všechna kola. To umožňuje použití nezvyklého trakčního pohonu, kdy je každé kolo individuálně poháněno bez použití převodovky pomaloběžným synchronním trakčním motorem napájeným z příslušného střídače – na jednom vozidle je tedy osazeno 16 trakčních pohonů sestávajících ze 16 trakčních motorů a 16 trakčních střídačů.

Na první pohled se jedná o zbytečně složité řešení. Zvolená koncepce však umožňuje dosáhnout doposud nemožného individuálního řízení každého kola a z toho plynoucích netušených možností při řízení jízdy vozidla, ať již z hlediska jízdy na mezi adheze, nebo vedení vozidla v koleji.

Chování vozidla při jízdě v různě probíhajícím kolejovém kanále bylo samozřejmě v rámci řešení výzkumného projektu důkladně simulováno. Vzhledem k tomu, že je žádoucí výsledky získané simulacemi ověřit v praxi a vzhledem k obtížnému experimentování na reálné tramvaji, bylo v rámci výzkumného projektu přikročeno k návrhu a následně i ke stavbě experimentálního vozidla o rozchodu 600 mm. Volba tohoto rozchodu nebyla náhodná – krom menších rozměrů a nižší hmotnosti a z toho plynoucích výrazně nižších přepravních a hlavně pořizovacích nákladů byla vzata v potaz i možnost využití Mladějovské průmyslové dráhy coby zkušební trati. Právě tato trať, oplývající jak úseky vedenými přímo a v rovině, tak i velkým množstvím oblouků o různých poloměrech a značným stoupáním, je pro zamýšlené experimenty velice vhodná.

Experimentální vozidlo je zhotoveno jako jakýsi model jednoho podvozku tramvaje 15T, proto byla z důvodu rozložení hmotnosti zvolena nezvyklá třínápravová koncepce. Hlavní částí vozidla je „dvounápravový“ podvozek, sestávající ze dvou vzájemně spojených nápravnic, tedy rámů udržujících proti sobě v přesné geometrické poloze dvě sestavy kolo – trakční motor, tak jako by se jednalo o tuhou nápravu, přičemž jsou sestavy kolo – trakční motor upevněny v nápravnicích pomocí tenzometrických ojniček, což umožňuje měřit prakticky všechny kolové síly. Dále nápravnice umožňují spojit protilehlá kola pomocí spojovacích hřídelí a tak simulovat jízdu s tuhou nápravou pro srovnání s jízdou s volnými koly. Obě nápravnice jsou spojeny společným jhem, které je následně zavázáno pod hlavní rám pomocí sférického kloubu.

Třetí náprava je klasického, tedy tuhého provedení a je upevněna pomocí kyvného ramene. Hlavní rám vozidla je svařen – stejně jako většina dalších konstrukčních celků – z uzavřených ocelových profilů, nad ním je pak vystavěno zábradlí a na sloupcích nesená jednoduchá plechová střecha.

Elektrická výzbroj sestává z akumulátorové baterie, rozváděče a z trakčních motorů. Akumulátorová baterie je tvořena osmi bloky trakčních olověných akumulátorových bateriíí uloženými v hlavním rámu poblíž třetí běžné nápravy. Elektrická energie z těchto baterií je vedena do hlavního rozváděče, kde je použita jednak pro pomocné měniče umožňující napájení řídicí, měřicí a výpočetní techniky, hlavně však napájí čtveřici mikroprocesorově řízených trakčních střídačů vlastní stavby, jejichž synchronizované řízení zajišťuje nadřazený řídicí systém osazený krom mikroprocesoru i hradlovým polem. Trakční motory jsou – obdobně jako u tramvaje 15T – synchronní buzené permanentními magnety, pohánějí kola přímo bez použití převodovky.

Vozidlo je vybaveno dvojicí nezávislých brzdových systémů. Provozní brzdou je brzda elektrodynamická rekuperační, kdy je energie získaná při brzdění vozidla vracena zpět do akumulátorové baterie. Jako záložní a parkovací je použita vřetenová ruční brzda, jež pomocí nekovových brzdových zdrží jednostranně obržďuje třetí, běžnou nápravu.

Ač se jedná o vozidlo primárně určené k výzkumu v rámci zmíněného projektu, bylo toto vozidlo představeno veřejnosti, a to na zakončení sezóny 2013. V tento den byla návštěvníkům umožněna i jízda tímto vozidlem.