TYPDATA FÖR KLASS1-TÅG I SVERIGE

Transkript

1 TYPDATA FÖR KLASS1-TÅG I SVERIGE Rapport BVT9R2 Denna rapport utgör ett utdrag av Transrails rapport BVT9R1 Typdata för Tåg svenska höghastighetståg klass 1. För kompletterande information hänvisas till denna rapport. Distribution: Rev nr. Författad/reviderad av Granskad av Godkänd av Datum Per Leander

2 Rapport BVT9R2 Typdata för klass 1-tåg i Sverige Sida 2 av 12 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 FORDONSKLASSER REKOMMENDERADE TÅGDATA PRESTANDASIMULERINGAR VÄSENTLIGA FRÅGESTÄLLNINGAR I DET FORTSATTA UTREDNINGSARBETET TÅGTYPER BANANS VERTIKALPROFIL BROMSSYSTEM ENERGIFÖRBRUKNING KORGLUTNING I HÖGA HASTIGHETER (S) TRAFIK UNDER VINTERFÖRHÅLLANDEN... 9 BILAGA 1 - REKOMMENDERADE TÅGDATA...1 BILAGA 2 SAMMANSTÄLLNING AV SIMULERINGSRESULTAT FORDONSKLASSER TSD för höghastighetståg talar om två typer av tåg: Klass 1 tåg med maxhastigheten v km/tim (i rapport BVT9R1 benämner vi dessa höghastighetståg ) Klass 2 tåg med maxhastigheten 19 v < km/tim (i rapport BVT9R1 benämner vi dessa snabbtåg ) Tågens övergripande utformning kan vara (beteckningarna inom [] är ej enligt TSD): - motorvagnstågsätt [M] oberoende av hur det är uppdelat på drivna/odrivna fordon - fasta tågsätt med drivenheter [D], ev. med manövervagn i ena änden - lokdragna tåg [L], även dessa ev. med manövervagn i ena änden - artikulerade (ledade) eller ej, - försedda med korglutning [K implicit enkeldäckad] eller ej, - enkel- [ED] eller dubbeldäckade [DD], - el- [E] eller dieseldrivna [D]. Tåg klass 1 skall vara tågsätt med förarhytt i båda ändar och kunna köras i båda riktningarna. Det är inte ett krav att sådana tåg från olika tillverkare eller operatörer skall kunna multipelkopplas. Tåg klass 2 kan vara tågsätt eller tåg med varierande sammansättning och vara möjliga att köra i båda riktningar eller ej.

3 Rapport BVT9R2 Typdata för klass 1-tåg i Sverige Sida 3 av 12 Några definitioner i TSD: Ett tågsätt (trainset) är en fast enhet, vars sammansättning endast kan ändras på en verkstad (om över huvudtaget). El-/dieselmotorvagnar (EMU/DMU) är exempel på tågsätt. En drivenhet (power head) är ett dragfordon i ett tågsätt, vilket bara har hytt i en ände och inte kan ta last. Ett lok (locomotive) är ett dragfordon, vilket inte kan ta last och vilket i normal drift kan kopplas ifrån ett tåg eller tågsätt och köras för sig självt. En vagn (coach) är ett icke drivet fordon i en fast eller variabel konfiguration. Ett tåg är trafikenhet bestående av en eller flera fordon eller tågsätt. Typiska drag för tåg klass 1 upplever vi vara att de är avsedda för följande trafikuppgifter och har följande karakteristika: Interregional trafik mellan (större) städer. Relativt långt mellan stationerna (typiskt,5 tim). Restider > 1 tim Ressträcka >1 mil Bra banstandard. Stora tågenheter. Gott platsutrymme och sittkomfort. Cateringkoncept. Låga krav på accelerationsprestanda. Förutom att uppfylla kraven enligt TSD bör data för dessa tåg baseras på : - Tåg vilka köps i större serier i Europa. Därav följer bl.a. att prestanda är relativt givet. Kan vara ett problem vid köp av fordon enligt europeisk standard. - Tågstorlek i största möjliga utsträckning passande behov för trafik i Sverige. - Fordonsprofil (G2 eller G1 enligt TSD) - Avsedda för standardplattform 5 mm. - Banmatning (en eller flersystemsfordon med 15 kv 16 2 / 3 Hz) - Temperaturklass och vinteregenskaper passande för trafik i Sverige. Kan vara ett problem vid köp av fordon enligt europeisk standard. - Låg miljöpåverkan (energiförbrukning, emissioner, buller etc) - Lågt banslitage - Låga LCC-kostnader (inköp, drift/underhåll, skrotning). - Service-/komfortkoncept i överensstämmelse med svenska önskemål.

4 Rapport BVT9R2 Typdata för klass 1-tåg i Sverige Sida 4 av 12 2 REKOMMENDERADE TÅGDATA Rekommenderade tågdata för Ostlänken/Götalandsbanan ges av bilaga 1. Denna anger dels alternativa tåg för 32 km/h, dels för km/h. I varje kategori ges ett hypotetiskt tåg baserat på de krav som ställs i TSD. Övriga baseras på existerande tåg för hastigheter i dessa nivåer. Tåg markerade med röd text kan kanske utgöra en rekommendation, men har ej bäst prestanda. 3 PRESTANDASIMULERINGAR För att analysera de operativa effekterna av tåg med rekommenderade data på Ostlänken- Götalandsbanan har vi genomfört grundläggande simuleringar med vårt verktyg Trains. En vertikal- och hastighetsprofil enligt BV modell i RailSys har använts. Såväl föreslagen höghastighetstrafikeringen som IR-trafikeringen har studerats i några olika fall. Resultaten presenteras i tabellform. I denna ges bl.a. körtid och beräknad energiförbrukning (vid strömavtagare). Dessa data ges även procentuellt med tåget EMU-32 resp EMU2- som bas i de två trafikeringsalternativen. EMU2- är samma tåg som EMU-32, men växlat för en lägre topphastighet. Dess data överskrider TSD ganska kraftigt. Observera att körtiderna anges utan gångtidstillägg och stopptider vid stationerna. Effekt- och energiförbrukning beror naturligtvis på följande faktorer: (a) Fordonens gångmotstånd (b) Hastigheten med vilken tåget körs och hur lång tid/sträcka det körs vid respektive hastighet (c) Vertikalprofilen på aktuell bana, inte minst höjdskillnaden mellan start och slutpunkt. (d) Dragkrafts- och bromskraftsprestanda, vilket påverkar (b) ovan (e) Drivsystemets verkningsgrad (f) Till vilken andel bromsning kan göras med återmatande elbroms (g) Banmatningssystemets verkningsgrad (ej beaktat i beräkningarna)

5 Rapport BVT9R2 Typdata för klass 1-tåg i Sverige Sida 5 av 12 Ett typiskt exempel på resultat ges av följande diagram, som visar EMU-32 körning Göteborg- Stockholm. Inbromsningar sker med maximal driftbroms. 3 Hastighet (kmh) Banans sth Banans vertikalprofil Följande diagram ger en jämförande av hastighetsprofilerna för de olika tågtyperna och de båda trafikeringsalternativen (HH resp IR). Effekten av inbromsning med maximal driftbroms eller normalt med begränsning till elbromsprestanda framgår. HH-Trafik, maximal driftbroms: EMU_32-GCsMBraket.xls hast (kmh) TSD_32-GCstMBrake hast (kmh) D_32-GCstMBrake hast (kmh) DD_32-GCstMBrake hast (kmh) EMU_32-GCsMBraket sth EMU_32-GCsMBraket höjd EMU_32-GCsMBraket

6 Rapport BVT9R2 Typdata för klass 1-tåg i Sverige Sida 6 av 12 HH-Trafik, inbromsning med elbroms: EMU_32-GCsEDBraket.xls hast (kmh) EMU_32-GCsMBraket sth EMU_32-GCsMBraket höjd EMU_32-GCsMBraket hast (kmh) EMU_32-GCsEDBraket

7 Rapport BVT9R2 Typdata för klass 1-tåg i Sverige Sida 7 av 12 IR-Trafik, maximal driftbroms EMU_32-IRGCstMBrake.xls hast (kmh) TSD_-GCstMBrake hast (kmh) D_-GCstMBrake hast (kmh) DD_-GCstMBrake hast (kmh) EMU2_-GCstMBrake hast (kmh) EMU3_-GCstMBrake hast (kmh) EMU_32-IRGCstMBrake sth EMU_32-IRGCstMBrake höjd EMU_32-IRGCstMBrake 4 VÄSENTLIGA FRÅGESTÄLLNINGAR I DET FORTSATTA UTREDNINGSARBETET 4.1 TÅGTYPER I det ursprungliga arbetet har fem olika tågtyper angetts för Ostlänken-Götalndsbanan: Tågtyp Kategori Antal sittplatser Max hastighet (km/t) Snabbtåg B Snabbtåg Skåne S 1-tilt 6 IR-tåg B 1-6 Regionala tåg B Pendeltåg B 2 32

8 Rapport BVT9R2 Typdata för klass 1-tåg i Sverige Sida 8 av 12 Det finns all anledning att försöka begränsa typantalet för att hålla ner floran av tågtyper. Detta bl.a. för att hålla ner kostnader för inköp och underhåll och för att skapa flexibilitet i trafiksystemet. En inriktning kan vara att basera sig på följande: Tågtyp Typtåg enligt denna rapport Antal sittplatser Max hastighet (km/t) Snabbtåg EMU-32 1 Snabbtåg Skåne alt 1 (ej tilt) 2* 32 IR-tåg D-32, DD * Regionala tåg 4A ca Pendeltåg B 2*ca 4.2 BANANS VERTIKALPROFIL (se rapport BVT9R1) TSD medger stigningar på upp till 35 på en sträcka av 6 km och 25 på en sträcka av 1 km. Det är väsentligt att notera att tågen vid hög hastighet inte förmår accelerera i sådana stigningar, utan att hastigheten sjunker. Accelerationsprestanda för klass 1-tågen vid start i stigningarna är låga. I felfall, såsom anges i TSD, klarar tågen inte att starta i sådana stigningar. Lokdragna tåg eller tåg med endast 1 drivenhet (t.ex. X) klarar inte start stigningarna ur adhesionssynpunkt. Götalandsbanan har preliminärt stora stigningar i anslutning till flera av stationerna. För att tågen skall kunna ta sig uppför dessa stigningar i felfall bör de inte överskrida ca 2 i anslutning till stationer. Som framgår av ovanstående hastighetsprofiler förlorar tågen hastighet vid flertalet stationer på Götalandsbanan och i stråket Norrköping-Linköping. För tåg som inte skall stoppa vid dessa stationer borde det vara av betydelse att studera möjlighet till förbifarter i hög hastighet och, så långt som möjligt, bibehållet höjdläge på banan. Även om detta inte arrangeras inledningsvis, så kan det vara intressant i en senare utbyggnad för kortare restider. 4.3 BROMSSYSTEM Stora stigningar, speciellt vid stationer, innebär även problem vid inbromsningar. Medluten innebär sänkt retardation och påkänningarna (energiutvecklingen) på bromssystemet ökar. Detta påverkar banans kapacitet och tågen. Det är vår rekommendation att basera normala inbromsningar vid stationer i huvudsak på återmatande elektrisk broms, och att banmatningen utformas för att säkerställa att detta normalt är möjligt. Vi upplever att det är behov av att utveckla bättre kunskap om det mekaniska bromssystemet, speciellt om det blir aktuellt med frekventa inbromsningar i stora medlut och vad gäller att säkra bromsprestanda under vinterförhållanden. 4.4 ENERGIFÖRBRUKNING Enligt vår åsikt är tågens energiförbrukning en viktig aspekt och kommer att bli så än mer i framtiden. Kortare körtider ger högre energiförbrukning. Dubbeldäckare blir gynnsammast m.a.p. energiförbrukning per sittplats. Att utnyttja återmatande elbroms vid inbromsningar spar energi. Se vidare om beräknad energiförbrukning i bilaga KORGLUTNING I HÖGA HASTIGHETER (S) Vi ifrågasätter om det är rimligt att, m.h.t. tågens sidvindsstabilitet, basera ett trafiksystem på tåg med full korglutning i km/h. Detta tillämpas inte idag. Om detta skall tillämpas i framtiden behövs kompletterande studier.

9 Rapport BVT9R2 Typdata för klass 1-tåg i Sverige Sida 9 av TRAFIK UNDER VINTERFÖRHÅLLANDEN Detta ämne kräver ytterligare studier och, på fordonssidan, svenska insatser inoim europeisk standardisering. Fordon som byggs för trafik på kontinenten normalt inte är tillfyllest i nordisk miljö. Detta gäller t ex värmeisolering, uppvärmningskapacitet, korgventilation, kondensfrågor etc. Vid ökande hastighet ökar problemen med stensprut. Speciellt vintertid kan makadam lyftas och träffa tågets underrede, boggier, bromsapparater, axlar mm. Detta är dock ett generellt problem vid ökande hastighet. Vid införandet av X reducerades problemet genom att makadamnivån i spåret sänktes. Det är oklart om denna åtgärd är tillräcklig även vid t ex km/h. Stensprut vid högre hastighet torde vara ett reellt problem, speciellt vintertid. Från Frankrike, Tyskland, Japan rapporteras att man sätter ned hastigheten på tågen vid de tillfällen det är problem med stensprut. I länder såsom Sverige med en lång vinterperiod är det tveksamt om detta är en acceptabel lösning på problemet. För drift under svenska/nordiska vinterförhållanden är det väsentligt med en utformning av bromssystemet så att bromsprestanda inte reduceras till följd av snö och is. Tågens hastighet skall inte behöva reduceras vintertid. Snö, främst i form av snöpackning, är ett problem som kan få särskilt stor påverkan på korglutande tåg. Snö som tränger in och packas på olämpliga ställen kan reducera eller helt blockera korglutningsfunktionen. En fungerande lösning för korglutning i vinterklimat är svårt att åstadkomma, och blir troligen avvikande (och dyrare) mot vad som är standardutförande på kontinenten. Överhuvudtaget är kunskapen om höghastighetståg (sth ) i vinterklimat bristfällig, både i Sverige och internationellt. Om höghastighetståg ska införas i Sverige bör, enligt vår mening, omfattande prov och utredningar utföras, delvis av forskningskaraktär.

10 Rapport BVT9R2 Typdata för klass 1-tåg i Sverige Sida 1 av 12 BILAGA 1 - REKOMMENDERADE TÅGDATA Klass Kommentar: Version inom klassen TSD - 32 EMU - 32 Drivenhet - 32 Drivenhet DD - 32 Sth [km/h] El-/dieseldrift (E/D) E E E E Konfiguration (M/D/L) Eldrift (E), dieseldrift (D) M M D D ED/DD/K Motorvagnssätt (M), Enhet med drivenhet (D), lokdraget tågsätt (L) ED ED ED DD Rälsförhöjningsbrist [mm] Enkeldäckare (ED), alt Dubbeldäckare (DD) eller enkeldäckare med korglutning (K) Total längd [m] Tågets totala längd över koppel/buffertar 18 Salongslängd [m] Möblerbar salongslängd för 1 kl, 2 kl, toaletter etc. (inkl cateringutrymme) Ungefärligt antal sittplatser Normalvikt statisk [ton] Tjänstevikt inklusive nyttolast 8 kg/sittplats Normalvikt dynamisk [ton] Statisk normalvikt inklusive tillägg för roterande massor Traktion (F [kn] / P [kw]) Dragkraftskurva idealiserad till att bestå av konstant dragkraft upp till 14 / 6 / 6 / 9 / 9 Gångmotstånd (A [kn] / B [kn/km/h] / C [kn/km 2 /h 2 ]) Bromskraft driftbroms exkl. gångmotst. [kn] (3- / -23 / / 17-) Max el-/motorbroms (F [kn] / P [kw]) angiven rälseffekt (P), därefter dragkraft = P/v. Koefficienterna i formeln F 2 R = a + b v + c v, FR (kn), v (km/h) Total broms (friktionsbroms + motorbroms) uppdelad i hastighetsintervall enl. TSD Bromskraftskurva idealiserad till att bestå av del med konstant rälseffekt (bromskraft = P/v) till hastighet då angiven bromskraft uppnås, därefter denna bromskraft ned till km/h. 1,88 /,42 /,4 55 / 85 / 175 / 1,88 /,42 /,4 125 / 165 / 19 / 2,48 /,3 /,5 / 195 / 22 / ,26 /,27 /,5 14 / 18 / 25 / / 6 / 6 / 9 / 9 Verkningsgrad (drivning/motorbroms),8,8,8,8 Rek stationstid (av [s/ pass] / på [s/ pass] / tekn.t Rekommenderad stopptid i minuter vid station per totalt av- och påstigande (inkl tider för dörrmanövrering). [s]) Kommentarer Den dåliga - Dessa tåg kan vid behov förses med fler startdragkraften gör detta tåg känsligt för motlut. mellanvagnar Bäst prestanda i relation till sittplatsantal

11 Rapport BVT9R2 Typdata för klass 1-tåg i Sverige Sida 11 av 12 Klass Version inom klassen TSD - EMU1 - EMU2 - Drivenhet - Drivenhet DD - EMU tilt - Sth [km/h] 32 El-/dieseldrift (E/D) E E E E E E Konfiguration (M/D/L) M M M D D M ED/DD/K ED ED ED ED DD K Rälsförhöjningsbrist [mm] Total längd [m] Salongslängd [m] Ungefärligt antal sittplatser Normalvikt statisk [ton] Normalvikt dynamisk [ton] Traktion (F [kn] / P [kw]) 14 / 37 / 4 26 / 6 26 / 9 26 / 9 / 4 Gångmotstånd (A [kn] / B [kn/km/h] / C [kn/km 2 /h 2 ]) 1,88 /,42 /,4 1,88 /,42 /,4 1,88 /,42 /,4 2,48 /,3 /,5 2,26 /,27 /,5 2,17 /,2 /,4 Bromskraft driftbroms exkl. gångmotst. [kn] (3- - / / 175 / - / 24 / 275 / 125 / 165 / 19 / - / 29 / 33 / - / 27 / 35 / / 24 / 275 / 295 / -23 / / 17-) Max el-/motorbroms 14 / 37 / 4 26 / 6 26 / 9 26 / 9 / 4 (F [kn] / P [kw]) Verkningsgrad (drivning/motorbroms),8,8,8,8,8,8 Rek stationstid (av [s/ pass] / på [s/ pass] / tekn.t [s]) Kommentarer: - - Denna EMU är en version av EMU-32, nedväxlad till km/h. Ej korglutning vid hastighet över ca km/h.

12 Rapport BVT9R2 Typdata för klass 1-tåg i Sverige Sida 12 av 12 BILAGA 2 SAMMANSTÄLLNING AV SIMULERINGSRESULTAT I nedanstående tabell anges körtider med maximala prestanda enligt bilaga 1 och utan gångtidstillägg och stopptider vid stationerna. Beräknad energiförbrukning avser energi vid strömavtagare. Trafikering HH-Trafik Stopp i: Borås Jönköping IR-trafik Stopp i: Landvetter Borås Ulricehamn Jönköping Linköping Norrköping Skavsta Södertälje Syd Flemingsberg Tåg Sth Bromsutnyttjning (normalt) DD-32 D-32 DD-32 EMU-32 D-32 EMU-32 TSD-32 TSD-32 EMU2-32 Körtid G-Cst Körtid (%) Förbrukad energi drivning [kwh] Återmatad elbromsenergi (kwh) Mekbroms (kwh) Energiförbrukning (kwh) Energiförbruknig (%) Max driftbroms 1:54 96% % Max driftbroms 1:56 97% % Enbart elbroms 1:56 98% % Max driftbroms 1:57 99% % Enbart elbroms 1:57 99% % Enbart elbroms 1:59 % % Max driftbroms 2:1 12% % Enbart elbroms 2:2 13% % Max driftbroms 2:7 91% % EMU-32 Max driftbroms 2:9 92% % 32 EMU-32 Enbart elbroms 2:13 94% % DD- D- D- EMU2- Max driftbroms 2:18 98% 8992 Max driftbroms 2:19 99% % Enbart elbroms 2:21 % % Enbart elbroms 2:21 % % EMU-32 Max driftbroms 2:22 11% % EMU-32 Enbart elbroms 2:24 13% % EMU1- EMU1- TSD- TSD- Max driftbroms 2:3 16% % Enbart elbroms 2:34 19% % Max driftbroms 2:34 11% % Enbart elbroms 2:4 114% %