- Fördelad dragkraft och fjärrstyrda lok

Transkript

1 Effektiva tågsystem för godstransporter - Underlagsrapport - - Fördelad dragkraft och fjärrstyrda lok Rapport 0509B Rune Bergstedt Järnvägsgruppen KTH Avd för järnvägsteknik

2 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 2 Förord Denna rapport har utarbetats inom projektet Effektiva tågsystem för godstransporter inom Järnvägsgruppen KTH. Rapporten grundar sig på litteraturstudier, underlag från konferenser, tidskriftsartiklar samt personlig kommunikation med personer verksamma med teknikutveckling inom industrin eller med tillämpade försök eller praktisk drift med radio- eller kabelstyrd fördelad dragkraft vid olika järnvägsförvaltningar. I rapporten har den amerikanska nomenklaturen använts och direkta översättningar till svenska har gjorts i brist på fastställda svenska benämningar. Exempelvis kallas rapporten Fördelad dragkraft efter den engelska benämningen Distributed Power, DP. Förkortningen DP amvänds i rapporten. Kabelbaserad DP förekommer hittills bara som DP integrerad med den kabelbaserade ECP-bromsen. ECP-bromsen med kommunikations- och övervakningssystem beskrivs i rapporten Bromssystem. Under arbetets gång har jag fått hjälp personer verksamma inom området. De vänligt och utförligt besvarat mina frågor. Det har varit till ovärderlig hjälp och jag vill tacka dem alla. Ett särskilt tack till dr. Dave van der Meulen, Spoornet, Sydafrika, Robert Foy, GE Harris Harmon, USA samt Robert Kull; Wabtec, USA som förutom brevväxlingen ställt artiklar och föredrag från olika konferenser till mitt förfogande. Trots att DP hittills huvudsakligen används inom heavy haul trafiken för att köra längre och tyngre tåg kan DP vara till särskild nytta vid vagnslasttrafik och intermodal trafik, där rangering, tågbildning och tågombildning sker i betydligt högre grad än vid systemtågstrafiken. DP i kombination med kabelbaserad ECP-broms ger synergieffekter och öppnar vägen mot intelligenta godståg med övervaknings- och fjärrsstyrningsmöjligheter i tåget. Förhoppningen är att rapporten skall visa på och väcka intresse för möjligheter som radio- eller kabelbaserad fördelad dragkraft kan erbjuda för att effektivisera den vanliga godstrafiken. Stockholm Rune Bergstedt

3 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 3 Sammanfattning Färrstyrda lok fördelade i godståg benämns i USA Distributed Power (DP). Rapporten beskriver amerikanska DP-system som används i Nordamerika och länder med rullande materiel av AAR-typ. För heavy haul-trafik med långa, tunga systemtåg för t ex kol och malm har DP mycket stor betydelse. Två modifierade amerikanska system finns i Europa ett i Schweiz och ett i Tyskland. Det finns två grundtyper av DP, radiostyrd respektive kabelstyrd. Den senare ingår som en integrerad del i den kabelbaserade ECP-bromsen (se rapporten Bromssystem). Det är stor skillnad på de två systemen i deras säkerhetsfunktioner och därmed i hur de kan utnyttjas. Det finns en ny variant som är en hybrid. Det är kabelbaserade DP som utökats med radiostyrning för användning även i tåg som saknar kabelsystemet. En sådana variant kan användas för att skapa interoperabilitet och underlätta övergången till kabelbaserade DP/ECP-system. Vid DP fördelas loken enskilt eller i sammanhållna grupper i tåget. Den ledande gruppen med det ledande lok går främst. Om bara en fjärrstyrd grupp finns går den mitt i eller sist. Vid flera grupper fördelas de i tåget. Fördelningen syftar dels till att minimera längskrafter men kan också bero på vad som är trafikeringstekniskt lämpligt t ex om tågen skall sammansättas av mindre tåg (combined trains) eller senare delas i block. Ett lok i varje fjärrgrupp styrs via DP-systemet. Det loket styr de övriga loken inom gruppen genom den vanliga (AAR) multipelkopplingen (MU). DP gör det möjligt att köra längre och tyngre tåg utan att dragkrafterna i tåget blir så stora att de förorsakar att koppel brister. Men det kan finnas andra begränsningar. Ett brustet koppel leder till pneumatisk nödbromsning när bromslangarna dras isär. Det ger stora längstryckkrafter vid långa, tunga tåg med konventionell P-broms och risk för urspårning. I USA har godståg alltid långsam bromstillsättning och där är det vanligt med DP i 3000 m långa tåg. I Europa används olika bromslägen och bromsgrupper med snabbare eller långsammare bromsreaktion i godståg. En snabbare bromsreaktion ger kortare bromssträcka. Det kan medge högre största tillåtna hastighet (sth) med hänsyn till försignalavstånden men den ger samtidigt högre längstryckkrafter. En långsam bromsreaktion ger lägre tryckkrafter men lång bromssträcka och kan medföra lägre sth för tåget. I Europa skall vanliga godståg kunna gå i 100 km/h. Det kan hindra att DP används i Europa för att köra långa tåg med samma hastighet som tillåts för korta tåg, i varje fall då tåget bromsas med konventionell P-broms. Tåglängden och tågvikten begränsas till det som gäller för den aktuella bromsgruppen.

4 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 4 I Europa finns inte någon UIC-godkänd ECP-broms. AAR ECP-bromsar har två nödbromsmetoder: Elektronisk nödbromsning som kan utlösas manuellt eller automatiskt då övervakningssystemet upptäcker fel, t ex avbrott på signalkommunikationen vid tågdelning. Elektronisk nödbromsning är snabb, samtidig och ger små längstryckkrafter i tåget. Pneumatisk nödbromsning fås när bromsledningen töms på luft. Det utgör den yttersta reserven om ett systemfel trots allt skulle uppstå på ECP-bromsen Om ECP-bromsen anses och godkänns som säkerhetsrelevant inom UIC skulle långa ECP-bromsade tåg med integrerad DP kunna tillåtas i Europa. Det Europeiska ECPsystemet FEBIS har nu sänkt ambitionsgraden till maximalt 750 m långa tåg och sth 120 km/h. Om det kommer till utförande och godkänns av UIC skulle dess integrerade DP användas till den tåglängden och hastigheten. Radiostyrd DP av typ Locotrol i kombination med UIC konventionella pneumatiska broms används i Schweiz i godståg med lok i vardera tågändan och med tåglängd 450 m. Tåget består av två lok, 40 vagnar samt ett lok. Simuleringar visade att systemet kunde användas till tåglängd 600 m i bromsläge G och till 400 m i läge P. Användningen av radiostyrd DP i vanliga godståg i Europa blir alltså inte som användningen av DP vid de långa tågen i Amerika och på andra kontinenter, men kan ända bidra till förbättringar inom den begränsade tåglängen, särskilt vid banor med stora lutningar, vid lövhalka osv. DP ger möjlighet till ytterligare synergieffekter och förbättringar (se rapporten Bromssystem ) genom att: Extra fjärrstyrda utsläppsventiler kan placeras i lok fördelade i tåget. Det snabbar upp bromsningen, förkortar bromssträckan och minskar tryckkrafterna i tåget. Vid radiostyrning fås förbättringen bara när systemet fungerar och har radioförbindelse. Metoden kan knappast anses säkerhetsrelevant och förbättringen kan inte utnyttjas för att tillåta snabbare eller längre tåg än vad den konventionella bromsen tillåter. Med kabelbaserad DP/ECP-broms behövs inte några extra utsläppsventiler Den elektriska (dynamiska) bromsen på lok kan fjärrstyras och kan, om loken fördelas på lämpligt sätt, användas utan att stora tryckkrafter uppstår i tåget. Det avlastar tågbromsen, minskar slitaget på och uppvärmningen av hjul och bromsblock Med DP kan lok som pga. olika utföranden inte kan multipelkopplas till varandra används tillsammans i tåget Radiostyrd DP kan förenkla tåg-(om-)bildningen vid TSC (Train Sharing and Coupling) konceptet. Vid skytteltåg med lok i vardera ändan underlättar DP byte av färdriktning. Dessa processer kan ske snabbare Integrerade DP/ECP-system (intelligent godståg) kan underlätta TSC i betydligt högre grad än radiobaserad DP eftersom de har automatiska processer bl a för tågbildning och bromsprov. Systemen är idag avsedda för systemtågens behov men kan vidareutvecklas för att optimalt hantera TSC. Vid tågombildning, då kompletta tåg med tillhörande lok kopplas till respektive från, kan systemen utvecklas för att lämna över informationen i sina databaser till det nya ledande

5 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 5 loket. Den automatiska bromsprovningen bör också kunna förenklas för att snabbt kontrollera det ombildade tåget. DP-styrning via radio är hittills det vanligaste. Det kan användas i alla tåg utan särskilda krav på utrustning i vagnarna, men har nackdelen av risk för kortare eller längre radioavbrott. Markfasta radiorepeterstationer kan behövas beroende på radiotopografin. Trots det kan oväntade radioavbrott inträffa. Reserv- och säkerhetsfunktionen är relativt långsam. Vid kommunikationsavbrott på radioförbindelsen används huvud- (broms-) ledningen för reservförfarandet. Olika fabrikat använder något olika metoder, men de grundas på mätning av luftflödet i ledningen. Beteendet vid radioavbrott beror på om systemet i de olika fördelade loken detekterar ett luftflöde som indikerar att tåget bromsar. Om inte någon bromsning detekteras fortsätter loken körningen som tidigare i upp till en timme. Om luftflöde detekteras stängs den lokala styrningen av tågbromsen av i de fjärrstyrda loken, körläget stegas ned till 0-läge och loken blir passiva fordon i tåget. De tågbromsas på konventionellt sätt som övriga fordon från det ledande loket. Det radiobaserade DP-systemet Locotrol, från GE Harris, har fått stor spridning i världen. Det är en patenterad företagsstandard och inte interoperabelt med andra system. Olika radiofrekvenser används inom olika länder och väljs med hänsyn till lokala förhållanden. Den som köper ett system måste ansöka hos den myndighet som ansvarar för frekvenser om tillstånd och tilldelning. Kabelstyrd DP (WDP, Wirebased Distributed Power) har utvecklats som en integrerad del av den amerikanska kabelbaserade ECP-bromsen. Den har därför samma höga säkerhet som ECP-systemet. Där finns en hierarkisk indelning av olika fel som kan uppstå i systemet, beroende på allvarlighetsgrad och systemet vidtar automatiskt motåtgärder därefter. Detta beskrivs i rapporten Bromssystem. Integrerade DP är ett är kostnadseffektivt tillägg om man i alla fall ämnar inför kabelbaserad ECP-broms. Den baseras på en öppen AAR standard som är tillgänglig för olika tillverkare. Därigenom skapas förutsättningar för konkurrens vid upphandlingen och systemen från olika tillverkare är garanterat interoperabla. DP är en viktig del i Intelligenta godståg. Inget hindrar att WDP som är fristående från ECP-bromsen utvecklas i framtiden men kostnaden för att utrusta vagnar med kabelsystemet torde vara ett hinder om man inte avser att inom rimlig tid övergå till ECP-broms. Med DP/ECP har man grunden till ett utbyggbart system för annan automatisk övervakning och styrning i tåget. Elektrisk bromsning av lokomotiv i kombination med DP Elektrisk motståndsbroms liksom regenerativ broms med återmatning av elektrisk energi till kontakt-ledningen medför fördelar. Tågets bromsförmåga förbättras, tågbromsen avlastas, slitage på och upphettningen av hjul och bromsblock minskas. Upphettning av hjul kan leda till sprickor och risk för urspårning. Den elektriska bromsen är snabbt reglerbar och används därför för att reglera bromsningen i pneumatiskt bromsade tåg efter det momentana behovet. Det behövs särskilt vid tåg med AAR pneumatiska broms eftersom den har lång tillsättningstid och inte kan lossas gradvis och därför inte kan regleras efter det momentana behovet.

6 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 6 I tåg med snabbt reglerbar ECP-broms utnyttjas istället elbromsen för full bromsning. Då kan elbromsen i ännu högre grad minska slitaget och värmeutvecklingen i hjul och bromsblock. Elektrisk bromsning används i moderna resandetåg. Vid förortståg, tunnelbanetåg osv. med korta avstånd mellan start och stopp kan energi sparas genom återvinning av rörelseenergin. I sådana tåg är ett stort antal axlar i tåget drivna, mellan 50 % och 100 % vilket möjliggör en kraftig elektrisk bromsning. I godståg är relativa antalet drivna axlar litet men elektrisk bromsning är ändå gynnsam inte minst vid långvarig bromsning i stora lutningar. Energin kan återvinnas eller kylas bort från motstånden med fläktar. Ett avgörande hinder för möjligheten att utnyttja elbromsning kan vara bromskraftens fördelning i godståg. Bromsas bara med lok som går främst i tåget uppstår tryckkrafter i tåget med nackdelar och risker enligt ovan. Genom att fördela loken i tåget (DP) löses även detta problem.

7 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 7 Innehållsförteckning 1 Inledning Nomenklatur och benämningar DP vid heavy haul DP vid Train Sharing and Coupling 10 2 Fjärrstyrda lok och pålok i Sverige Begrepp och bestämmelser Fjärrstyrda lok i svenska tåg 12 3 Multipelkoppling av lok i USA AAR standard för multipelkoppling 13 4 Bemannade lok fördelade i tåget 15 5 Styrmetoder vid DP Segmentiell styrning Synkron respektive oberoende styrning 18 6 DP typer och varianter Radiostyrd DP Radiobaserad ECP-broms med DP Kabelbaserad ECP-broms med DP Kombinerad radio-/kabelbaserad DP-styrning Övergång till kabelbaserad DP/ECP i två steg Fjärrstyrning kombinerad med multipelkoppling i tunga tåg Fördelar med DP 22 7 Spoornet inför kabelbaserad DP/ECP Ledande lok med både DP/ECP för tåg med 200 vagnar 26

8 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft Lok med bara ECP- system för tåg med 100 vagnar Synkron eller asynkron DP-styrning DP på elektrifierade linjer 26 8 LOCOTROL radiostyrd DP Fjärrstyrning via radio och via luftflödet i bromsledningen Övervakning Operationssätt Operationsmoder för det ledande loket Operationsmoder för de fjärrstyrda loken Säkerhetsspärrar System Interlocks Radio- och kommunikationsfunktionen LOCOTROL, utveckling och varianter LOCOTROL-system i Europa Världsrekord i med LOCOTROL Tåglängdsbegränsningar i LOCOTROL Ökande användning av LOCOTROL 33 9 Pålok användning och metoder Nya metoder för amerikanska pålok Pålok i Sverige Användning av DP i Europa Tyska försök med DP DP används i Schweiz 38 Bilaga 1 Litteratur och referenser 39

9 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 9 1 Inledning 1.1 Nomenklatur och benämningar I rapporten beskrivs huvudsakligen den amerikanska tekniken med radio- eller kabelstyrd distributed power. Denna rapport har fått namnet Fördelad dragkraft efter den amerikanska benämningen Distributed Power vanligen kallat bara DP. Förkortningen DP kommer att användas i rapporten i fortsättningen. Rapporten skulle kunna heta fjärrstyrda lok. Men fördelad dragkraft är en direkt översättning och uttrycker den primära avsikten att fördela ut lokomotivens dragkraft men också att fördela deras övriga förmågor i tåget, t. ex. lokomotivens elektriska bromsar, deras direktbromsar och extra ventiler för att styra tågbromsen och att de matar luft till bromssystemet 1.2 DP vid Heavy Haul Den konventionella användningen av fördelad dragkraft är i heavy haul trafik med långa och tunga godståg i USA, Kanada, Australien och en del andra länder. Vid DP går lokomotiven utplacerade på lämpliga ställen längs tåget för att minska längsdragkrafterna inom tåget. Förr användes ibland bemannade lok placerade längre bak i tåget. Sedan många år finns teknik så att föraren i det främre ledande loket kan radiostyra (remote control) de lok som är fördelade i tåget. Loken kan fördelas enskilt eller i sammanhållna grupper (locomotive consists) i tåget. Främst går den ledande gruppen med det ledande loket från vilket föraren kör tåget. Övriga grupper är fjärrstyrda och går fördelade i tåget. Är det två grupper i tåget går den andra gruppen vanligen i mitten eller sist i tåget. Ibland används tre eller fyra grupper i tåget fördelade med en grupp i vardera tågändan och en eller två fördelade i tågets mittre delar. Grupperna brukar bestå av två till fyra lok. Inom grupperna är loken multipelkopplade (MU) med en speciell MU-kabel och ett antal slangar enligt AAR standard. I varje bakre grupp fjärrstyrs ett lok från det ledande loket i tåget. Man skiljer alltså i regel på de två begreppen fjärrstyrning (remote control) och multippelkoppling. Man kan använda enbart fjärrstyrning men då begränsas antalet lok i tåget eftersom antalet lok som direkt kan fjärrstyras är begränsat. GE-Harris radiosystem Locotrol kan fjärrstyra fyra lok varför tåget då kan ha fem lok med det ledande. Direkt fjärrstyrning är

10 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 10 en metod som medger att lok blandas som annars inte kan multipelkopplas till varandra pga. olika utföranden och standard. DP har hittills mest använts i länder med amerikansk (AAR) typ av rullande materiel och i kombination med dieselelektriska lok samt med fjärrstyrning via radio. Men nu börjar DP också användas i kombination med t ex sydafrikanska och europiska lok med eldrift. Nu finns fjärrstyrning som är integrerad med den kabelbaserade ECP-bromsen och utnyttjar dess Train Line kabel och ITC (Intra Train Communication) nätverk i tåget. DP gör det möjligt att köra långa och tunga tåg utan att dragkrafterna i tåget blir så stora att de förorsakar att koppel brister och tåget delas med nödbromsning och urspårningsrisk som följd. Med DP fås också andra förbättringar som minskad bränsleförbrukning, mindre slitage och bättre bromsegenskaper. Det höjer säkerheten och ger möjligheter till större tåglängder och tågvikter. Men det finns skillnader mellan radiobaserad och kabelbaserad DP-styrning vad gäller säkerhetsrelevansen. 1.3 DP vid Train Sharing and Coupling Begreppet fjärrstyrda lok ligger nära till hands vid två applikationer som är aktuella Train Sharing and Coupling (TSC) och skytteltåg med lok i tågets båda ändar. I de fallen är det inte primärt för att bemästra längskrafterna i tåget, utan de fjärrstyrda lok är fördelade i tåget pga. trafiktekniska och hanteringsmässiga skäl. TSC (Train Sharing and Coupling) innebär att flera mindre godståg på en eller flera knutpunkter i bannätet sätts ihop till ett större tåg som körs av en förare på en bansträcka som är gemensam för de ingående deltågen. Det större tåget delas sedan upp så att de mindre tågen återbildas för att trafikera olika linjer. Genom detta sparas personal och bara ett tågläge behövs på den gemensamma bansträckan vilket ökar trafikkapaciteten på banan.

11 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 11 2 Fjärrstyrda lok och pålok i Sverige 2.1 Begrepp och bestämmelser Det finns ett antal bestämmelser som reglerar hur dragfordon kan och får fördelas och utnyttjas i tåg i Sverige på BV spår. De kan påverka behovet av DP och möjligheterna att utnyttja det i Sverige. Viktiga begrepp och definitioner enligt BV SÄO (säkerhetsordning) 1 : Tågfordon med framdrivningsutrustning kallas dragfordon. Dragfordon delas in i lok respektive motorvagnar. Dragfordon är verksamt när den egna framdrivningsutrustningen är igång. Vissa dragfordon kan multippelkopplas. Det innebär att flera dragfordon kan manövreras från en förarplats. Ett dragfordon kan alltså vara verksamt utan att vara bemannat med en förare. Koppellok är det de bakre av flera förarbemannade, dragande lok. Tågfordon som är försett med förarplats men saknar egen framdrivningsutrustning kallas manövervagn. Pålok är ett lok som inte är kopplat till tåg men som skjuter på detta från bevakad station ut på linjen. Vissa transportvillkor för dragfordon 2 : Verksamt lok som inte manövreras från manövervagn skall gå främst i tåg. Framförs tåg av flera verksamma lok, skall de kopplas intill varandra. Undantag: multipelkopplat lok och pålok. Lok verksamma eller overksamma får inte gå intill varandra om det sammanlagda antalet lokaxlar i följd överstiger det antal som för vissa sträckor anges i linjeboken. Minst 14 vagnsaxlar skall då inkopplas så, att största antal lokaxlar i följd ej överskrids. 1 BVF SÄO $ BVF SÄO $ 43.6

12 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 12 Även om medgivet antal lokaxlar i följd skulle göra det möjligt, krävs spårinnehavarens medgivande om mer än två verksamma ellok skall framföras intill varandra. Medgivandet anges i linjeboken. Bestämmelser rörande pålok 3 : Pålok får inte användas om det i tåget finns fordon med övergångskoppel. Pålok får inte sättas till tåg som är i rörelse. För tåg med pålok är sth (störst tillåtna hastighet) 40 km/h 4 Observera att normalt i Sverige måste bemannade verksamma lok gå intill varandra i tågets främre ända, bortsett från pålok. 2.2 Fjärrstyrda lok i svenska tåg I Sverige förekommer en form av fjärrstyrning i persontåg genom seriell multipelstyrning (SMS) via UIC-kabeln på en del Rc6 lok. Det innebär att ett lok kan gå i vardera ändan av ett persontåg och samtidigt vara multipelkopplade. Det används framför allt vid trafik i Mälardalen, t ex Hallsberg-Örebro-Eskilstuna-Stockholm- Uppsala. Det förenklar vändningen, inget ytterligare spår behövs för lokets rundgång och det förkortar vändtiderna. Utrustningen kan också användas för manövervagnsdrift med AFM7-vagnar. För övrigt används multipelkoppling med styrning via multipelkabel i persontåg och i godståg mellan lok och mellan lokomotorer som går kopplade intill varandra i tågets främre ända. En speciell form av fjärrstyrning är den som används vid växling med radiolok. 3 BVF SÄO $ BVF SÄO $ 68.4c)

13 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 13 3 Multipelkoppling av lok i USA Begreppet multipelkoppling i USA avser vanligen bara multipelkoppling mellan lok med AAR multipel- (MU-) kabel, övrig fjärrstyrning kallas DP eller remote control. Multipelkoppling skiljer sig från fjärr- (DP-) styrningen genom att det bara går att styra lok som är direkt kopplade intill varandra med den MU-kabeln och de slangar som är nödvändiga för multipelkopplingsfunktionerna. Vid multipelkoppling av lok som går i en sammanhållen lokgrupp (locomotive consist) styrs bl a dragkraften, den direkta lokbromsen och den dynamiska bromsen i övriga lok från det ledande loket inom gruppen. Samtliga multipelkopplade lok i gruppen styrs av föraren som om de vore en enda enhet. Gemensamt utnyttjande av kompressorer och huvudbehållare i samtliga lok förbättrar tågets luftförsörjning och laddning av bromssystemet kan ske snabbare. Genom multipelkopplingen kan en förare köra flera lok i tåget och man får större dragkraft. Nackdelen är att all dragkraft är samlad till tågets främre ända. Fjärrstyrning (DP) och multipelkoppling kan användas i kombination. Det ledande (främsta) loket i den främre gruppen fjärrstyr bara ett lok i varje övrig grupp. De andra loken inom respektive grupp är multipelkopplade till det fjärrstyrda. 3.1 AAR standard för multipelkoppling Genom AAR standardisering och normer kan de flesta olika typer av amerikanska diesellok multipelkopplas med varandra vilket är en stor fördel. Systemet för körkontrollern i lokomotiven är standardiserat vilket underlättar multipelkörning och fjärrstyrning i amerikanska godståg där olika typer av lok ingår. Amerikanska diesellok har ett körhandtag med ett läge för att stoppa samtliga dieselmotorer, ett läge för idle (tomgång) samt körläge 1 8. För dynamisk bromsning finns ett handtag med 0-läge samt fyra bromslägen 1 4. Samtidig körning och dynamisk bromsning av ett lok är inte möjlig. Det hindras genom en spärr. Ett av de två handtagen måste alltid var i 0-läget (interlocking). Multippelkabeln med 27 ledare används för att överföra styrsignaler för olika funktioner hos de multipelkopplade loken som körläge (trottle), strålkastare, fram/back omkastare (reverser), kompressorer, fält- och magnetiseringslindningar på generatorer, dynamisk

14 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 14 bromsning, varningsklocka, sandning o s v. Det finns fyra slangar samt en multipelkabel mellan varje multipelkopplat lok. På äldre lok kan ytterligare en kabel förekomma för tryckluftstyrd sandning. De ytterligare slangarna och ledningar utöver huvudledningen (brake pipe, BP) som behövs vid multipelstyrningen är: MR (main reservoir) som kopplar samman samtliga loks huvudbehållare ACT (actuating) som trycksätts för förfarandet bail off, dvs. för att lossa direktbromsen på samtliga lok BC (brake cylinder) sätts till ett styrtryck som motsvarar den bromsverkan som föraren önskar. Men det är inte fråga om en direkt hopkoppling av ledningen till bromscylindrarna i de olika enheterna. Det finns en speciell ventil (relay air valve) som känner av styrtrycket och omvandlar det till ett proportionellt cylindertryck anpassat för den aktuella loktypen.

15 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 15 4 Bemannade lok fördelade i tåget Bemannade lok fördelade längs tåget har använts utomlands när man inte haft tillgång till fjärrstyrningssystem. Spoornet i Sydafrika har tidigare använt bemannade lok som var fördelade i tåget på linjen Ermelo Richards Bay. Muntlig kommunikation via radio användes för att hålla kontakt mellan förarna. I mitten på 1980-talet byggdes denna linje om under en fyraårsperiod. För att skapa tillräckliga tidsluckor för banarbetena körde man under denna tid långa sammansatta tåg (combined trains) enligt samma idé som nu laseras som TSC (Train Sharing and Coupling). För att undersöka den ultimata gränsen för ett långt konventionellt godståg provade Spoornets föregångare South African Transport Services 1989 ett koltåg bestående av 660 vagnar med tågvikten ton på linjen Ermelo Richards Bay. Detta var ett världsrekord stod sig till år 2001 då BHP Billiton Railroad i Australien körde ett ännu längre och tyngre malmtåg, men med radiostyrd DP (se avsnitt 8.8). Vid ett annat försök på samma bana som senare utfördes av Dr Dave van der Meulen och Alan Cortie vid Spoornet kördes ett försökståg med 300 vagnar och tre manuellt körda lokgrupper där förarna styrdes via talradio av nämnda personer 5. Förarna lärde sig snabbt och kunde efterhand själva tillämpa tekniken. Försöket syftade till att undersöka möjligher och förutsättningar för automatiserad tågkörning kombinerad med segmentiell bromsning och körning för att minska längskrafterna i tåget. Tåget bestod av tre sektioner, vardera med en ledande grupp av lokomotiv främst.valet av bara tre sektioner hade att göra med hur trafiken och lastningen av vagnar går till. Bromsledningen var delad så att inom vardera sektionen styrdes bromsen från det egna ledande loket. Försök gjordes att koppla samman de tre sektionerna av huvudledningen via två ABDX styrventiler vända rygg mot rygg för att få en genomgående nödbromsfunktion genom hela tåget. Men det fungerade inte som tänkt. En nödbromsning fortplantades bara som driftbromsning till övriga sektioner. Den segmentsvisa tågbromsningen fungerade enligt förväntningarna. Bromsystemets oförmåga till gradvis lossning av bromsen (bromsen var av typ AAR direct release brake) uppvägdes av förmågan att lossa bromsen segment för segment i tåget. Detta är dock i praktiken ingen ersättning för gradvis lossning av bromssystemet, eftersom det kan leda till överbelastning av den sektion som bromsas i tåget och överhettade hjul om 5 Dave van der Meulen: Towards the next level of train handling technology presented at the 90 th Convention, Air Brake Association, Chicago, September 1998

16 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 16 det används utan något system som övervakar hjultemperaturen. Dessutom var det en grov indelning i segment om 100 vagnar vardera, men den valdes med hänsyn till trafiktekniska och logistiska skäl som nämnts. Försöket visade att det möjligt att anpassa bromsningen till det behovet inom respektive sektion i långa tåg vid banor med varierande lutningsförhållanden och att man i praktiken inte behöver gå ner till den ideala längden på segmentet, en vagn Körning av långa tunga tåg i varierande lutningar kräver stor skicklighet av förarna. För att underlätta för förarna att bedöma tågets hastighetsvariationer och krafterna inom tåget är de större 25 kv elektroloken av typ 11E lok för huvudlinjen, där man normalt kör tåg med 200 vagnar, utrustade med accelerometrar graderade i kilometer per timma per minut.

17 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 17 5 Styrmetoder vid DP 5.1 Segmentiell styrning Med segmentiell bromsning och körning menas att olika delar av ett långt tåg var för sig kan bromsas eller utnyttja sin dragkraft för att minska de längskrafter som uppstår i mycket långa tåg på banor med stora variationer i lutningar, särskilt då det förekommer omväxlande stora lutningar och stigningar, där våglängden på banans höjdvariationer är mindre än tåglängden. Detta kan i princip ske med fjärrstyrning via DP eller kanske med någon form av automatiskt intelligent system som kan styra körning och bromsning i olika delar av tåget oberoende av varandra. Segmentiell fjärrstyrning vid DP fordrar oberoende fjärrstyrning vilket innebär att skilda lokgrupper i tåget kan köras och tågbromsas oberoende av hur andra grupper körs. I praktiken skulle isoleringen av bromsledningen i skilda sektioner med stor sannolikhet medföra säkerhetsmässiga problem och kräva undantag från gällande bestämmelser. Det skulle vara gynnsamt ur energisynpunkt om man vid elektrifierade drift kunde kombinera samtidig segmentiell körning med regenerativ bromsning. Den elektriska (dynamiska) lokbromsen kan lättare än tågbromsen styras oberoende inom tåget, om än begränsat av regler och inbyggda spärrar för hur samtidig körning och bromsning av olika lok får ske (se 8.4). Vissa delar av tåget som bromsas återmatar bromsenergin som överförs via kontaktledningen för att användas för att ge dragkraft på andra ställen i samma tåg. Idén kan dock vara svår att genomföra praktiskt, dels på grund av kontaktledningens sektionisering, dels på grund av att generativ bromsning är tekniskt komplicerad vid växelströmsdrift 6 i varje fall med äldre ellok. Vid likströmsdrift kan de korta ledningssektionerna i stället vara ett problem. 6 Dave van der Meulen, Privat kommunikation, Chief Engineer (Systemic Rail Solutions), Spoornet, South Africa

18 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft Synkron respektive oberoende styrning I praktiken förekommer det bara två varianter, antingen körs alla lok synkront (synchronous operation) dvs. lika eller kan två eller flera grupper av lok köras oberoende (independent operation) av varandra. Den främre delen körs med de vanliga förarreglagen. Den/de grupper som eventuellt körs oberoende styrs via tangentbord och bildskärm. Det kan behövas att föraren har ett biträde för att göra detta. Det finns några viktiga begrepp, bl. a. två olika begrepp grupp : Locomotive consist eller bara consist är en sammanhållen grupp av lok som går intill varandra och är multipelkopplade till varandra. Om det är det ledande consist - gruppen styrs loken från det ledande loket. Är det en fjärrstyrd consist -grupp styrs de övriga multipelkopplade loken från ett lok i gruppen som fjärrstyrs via DP-systemet Group består av ett antal till varandra angränsande consists som internt styrs synkront men styrs oberoende (independent) av övriga groups i tåget Fence är ett logiskt stängsel. Inom dess gränser kan körläget och den dynamiska bromsningen styras oberoende av det ledande loket genom ett speciellt kontrollorgan. Stängslet får bara placeras mellan consists, ej inom dem. Independent control tillåter från det ledande loket oberoende styrning av körläget och den dynamiska bromsen hos en eller flera consists, som körs synkront internt inom sin group Vid oberoende körningen kan alltså två styrparametrar (reglage), körkontrollens läge (traction step) och den dynamiska lokbromsen (dynamic brake step) i den oberoende gruppen styras från det ledande loket oberoende av motsvarande lägen i den ledande gruppen. Men vissa kombinationer är förbjudna eftersom de kan leda till farliga dragkrafter inom tåget. Det hindras av inbyggda spärrar (se 8.4). Däremot är tågbromsen och bromsledningen gemensam för hela tåget även vid oberoende körning, till skillnad från de hypotetiska resonemangen om segmentiell kontroll ovan och försöken med bemannad segmentsvis körning och bromsning.

19 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 19 6 DP typer och varianter 6.1 Radiostyrd DP Det vanligaste sättet för fjärrstyrning och fjärrövervakningen av lokomotiven har hittills varit med radio. Den stora fördelen med radiostyrning är att det inte ställer några krav på kommunikationsutrustning i vagnarna. En nackdel är att radioförbindelsen kan störas och att det kan bli avbrott särskilt i svår kuperad terräng, tunnlar osv. Man måste få en radiofrekvens tilldelad av den ansvariga myndigheten. Frekvenserna varierar geografiskt mellan länder och områden. Risken för radioavbrott gör att speciella andra reservmetoder måste finnas för att i nödfall kunna fjärrstyra körkontrollen till tomgång och fjärrstyra en del andra åtgärder i loken. Som reservkommunikation använder olika fabrikat av radiostyrd DP skilda metoder för övervakning och mätning av luftflödet i huvud- (broms-) ledningen (se t. ex. lösningen vid Locotrol 8.1) Det kan uppstå både temporära och kvarstående radioavbrott. Risken för avbrott och fördröjningar gör att systemet blir inte säkerhetsrelevant i den bemärkelsen att prestandaförbättringarna vad gäller kortare bromssträcka inte kan användas för att höja hastigheten. Locotrol är ett dominerande radiostyrsystem i USA och många andra länder. Det beskrivs i kapitel Radiobaserad ECP-broms med DP Den radiobaserade ECP-bromsen EP X och LOCOTROL tillhör samma företag. Verksamheten med vidareutvecklingen av den radiobaserade ECP-bromsen EP X ligger nere sedan några år pga. det ogynnsamma ekonomiska läget i USA och något tåg med det systemet finns inte längre i trafik. GE-HARRIS hittills inte utvecklat någon integrerad DP-styrning till sin radiostyrda ECP-broms. Vid det malmtåg med radiobaserad ECP-broms som tidigare provades vid BHP Billiton Railroad användes därför en separat DP-styrningen med LOCOTROL. Men den radiobaserade ECP-bromsen har kommunikationskapacitet över som är avsedd för DP-styrning och för annan övervakning och styrning. Avsikten är att integrera DP-

20 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 20 styrningen i det radiobaserade ECP-systemet vid en fortsatta utveckling 7. Då skulle inte längre några markbaserade repetersändare behövas. Med radio på varje vagn och med det adaptiva repetitionsförfarandet och anpassas hoppavstånd om så behövs, ända ned till enstaka vagnavstånd vilket ger praktiskt taget fri sikt mellan antennerna. Genom den radiobaserad ECP-bromsens speciella kommunikationsteknik fås dessutom samma säkra (säkerhetsrelevanta) förbindelse för DP-styrningen som för ECP-bromsen. 6.3 Kabelbaserad ECP-broms med DP Det finns en öppen AAR standard för DP integrerad med den kabelbaserade ECPbromsen, S Specifikationen är framtagen speciellt för det integrerade DP/ECPsystemet, men det är inget som hindrar att fristående kabelbaserade (Wired Distributed Power, WDP) system utvecklas som använder det ITC- (Intra Train Communication) nätverk som används för kommunikationen vid kabelbaserade ECP-bromsar. Den kabelbaserade ECP-bromsens har liksom den radiobaserade tillräcklig kommunikationskapacitet över för DP-styrning liksom för annan styrning och övervakning. I Wabtecs ECP-broms kallat ECP-4201 ingår ett integrerat DP-styrsystem Power Link som därmed erhålls som en kostnadseffektiv bonuseffekt till ECP-bromsen. Detta kombinerade system har bl a provats i det ECP-bromsade tåg som användes vid vid Spoornets ECP-prov i Sydafrika. Det var den första tillämpade användningen av DPC (Distributed Power Control) styrd via Train Line-kabel och integrerad i ECPutrustningen. Dessutom är det den första användningen på en elektrifierad järnväg (25 kv växelspänning). NYAB (New York Air Brake) har också utvecklat integrerad DP/ECP. De har levererat 45 utrustningar av typ EP-60 med integrerad DP för lokomotiv avsedda för Spoornets tunga trafik med ECP-bromsade koltåg på linjen Ermelo-Richards Bay. Det finns flera fördelar med det integrerade amerikanska kabelbaserade ECP/DPsystemet: Det baseras på en öppen standard inom AAR. Det betyder att olika fabrikat av systemet skall vara interoperabla. Lok utrustade med ECP-bromsar med integrerad DP från olika tillverkare kan alltså fungera tillsammans i ett tåg. Det betyder också att det finns konkurrens vid upphandlingar eftersom man kan köpa produkter från alternativa tillverkare DP-styrningen sker via ett övervakat och säkerhetsrelevant styrsystem av samma kvalité och funktionssäkerhet som för ECP-bromsen Det bör betyda att de förbättrande prestanda lättare kan utnyttjas i säkerhetsrelevanta tillämpningar som rör hastighet och bromssträckor. DP-styrningen kan se som en kostnadseffektiv bonuseffekt om man inför ECPbromsar. Då finns redan en systemplattform som DP-styrningen kan implementeras på. 7 R J Foy, GE-HARRIS Railway Electronics, L.L.C, Privat kommunikation

21 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 21 Nackdelar är att denna DP-styrning bara fungerar i godståg som är utrustade med den styrkabel, Train Line-kabel, som ECP-bromsen använder för att överföra data och styrsignaler. En annan nackdel är att man måste utrusta loken med ECP-bromsens styrsystem eftersom DP-styrningen är en integrerad del i den, om man inte senare avser att övergå till ECP-bromsar. Det finns dock möjlighet att fristående kabelbaserad DP kan komma att utvecklas enligt samma AAR norm (se ovan). Men om ECP-broms skall införas så är den integrerade DP-styrning kostnadseffektiv lösning som har hög säkerhetsrelevans. Men DP-styrning kan alltså inte användas i tåg med konventionell broms som ju saknar Train Line-kabel. Detta kan vara en nackdel under en längre konverteringsperiod när båda typer av tåg, lok och vagnar existerar och används i trafiken. Det kabelbaserade integrerade DP-systemet har ECP-systemets höga säkerhet i händelse av kommunikationsavbrott. Principen är att vid kommunikationsavbrott stoppas tåget (se rapporten Bromssystem), till skillnad mot radiobaserad DP, se 6.1 samt Kombinerad radio-/kabelbaserad DP-styrning Det finns ingen öppen standard för radiostyrningen dessa system. Wabtec har på senare tid utvecklat en DP-styrning som kan fungera både som radiobaserad DP och som kabelbaserad DP/ECP 8. Den baseras på en standard som tillhör Wabtec. Men när Wabtec offererar systemet ingår protokollet. Köparen tillåts sedan att använda det i fortsättningen för att få konkurrens vid upphandling.. Systemet fungerar bara i endera moden samtidigt. GE Harris Harmon 9 har också utvecklat ett radiosystem som fungerar tillsammans med NYAB ECP/DP-styrning. Därmed kan dessa två DP-system användas såväl med radio i vanliga tåg som med kabelbaserad kommunikation i ECP-utrustade tåg. Beroende på operationsmod måste två olika säkerhetsförfarande användas. Vid radio används övervakning av luftflödet i bromsledningen som reservförfarande om radioförbindelsen förloras, se 6.1 och 8.1. Det gäller både Locotrol och Wabtecs system, men de skiljer sig åt i mättekniken. Vid kabelbaserad DP används ECP-systemets säkerhetsmetoder och då stoppas tåget vid allvarliga fel som kommunikationsavbrott, se Övergång till kabelbaserad DP/ECP i två steg Ett sätt att förenkla övergången till EC-broms med integrerad DP-styrning och fördela övergångskostnaden över längre tid är att göra övergången i två steg: 1. I första steget installeras ECP/DP-styrutrustningen på lok. På godsvagnar installeras till en början bara Train Line-kabeln. Dessutom anskaffas en speciell EOT-enhet som kan styras både via radio och Train Line-kabel och som medför 8 Robert Kull, Wabtec, Privat kommunikation 9 R J Foy, GE-HARRIS Railway Electronics, L.L.C, Privat kommunikation

22 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 22 förbättrade bromsegenskaper genom att den tillför en extra utsläppsventil i tågets bromsledning (Wabtec TrainLink-ES, se rapporten Bromssystem). 2. I ett andra steg görs den slutliga konverteringen. Då införs den övriga utrustningen på godsvagnarna som ingår i ECP-bromsen. Med denna metod kan man efter steg 1 använda den kabelbaserade DP-styrningen och TrainLink-ECP som förbättrar tågbromsen. Detta förutsätter att alla vagnar i tåget har den genomgående TrainLine-kabeln. Efter steg 2 fås riktig ECP-bromsförmåga. För tåg med icke utrustade vagnar används radioalternativet. Wabtec har levererat sådan kombinerad radio-/kabelbaserad DP integrerad med ECPbroms för ellok till Queensland Rail i Australien. Det är avsett att användas för ett tvåstegs övergångsförfarande enligt ovan (se rapporten Bromssystem) Fjärrstyrning kombinerad med multipelkoppling i tunga tåg I regel fjärrstyrs bara ett lok inom varje sammanhållen grupp (locomotive consist) i tåget. Övriga lok i respektive grupp är multipelkopplade. Detta gäller både vid LOCOTROL och vid kabelbaserad DP/ECPbroms. Vid LOCOTROL är det dock möjligt att direkt fjärrstyra varje lok men då begränsas antalet lok i tåget. LOCOTROL kan fjärrstyra upp till fyra lok (eller fyra grupper av lok som är multipelkopplade inom gruppen). Behövs fler lok i tåget måste man alltså utnyttja multipelkoppling mellan lok som är kopplade intill varandra. Med LOCOTROL övervakas och presenteras status bara på de lok som är direkt anslutna via LOCOTROL inte på de övriga inom lokgrupperna som styrs via multipelkabeln. 6.4 Fördelar med DP Fördelarna med DP, som i första hand gäller vid långa och tunga tåg, är: Minskade dragkrafter inom tåget ger mindre risk att koppel brister Minskade dragkrafter medger att man kan köra längre och tyngre tåg med mindre skador på koppel och fordon Minskade spårkrafter ger mindre skador på spåret och lägre underhållskostnader Genom att långa tåg inte dras inåt i kurvor, som då alla lok är i tågets framända, fås mindre kurvmotstånd och lägre energi-/bränsleförbrukning (ca 5 % beroende på lutningar och tågförhållanden vid Locotrol enligt GE Harris) Man kan via DP styra olika loktyper i tåget som inte kan multipelkopplas till varandra Det är lätt att tillföra respektive ta bort lok från ett tåg där dragkraftsbehovet varierar, t ex vid långa transporter med mycket olika stigningsförhållanden

23 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 23 DP förbättrar den konventionella P-bromsen genom extra utsläppsventiler i fjärrstyrda.lok i tågen. Det ger kortare bromssträcka än enbart konventionell broms och minskar längstryckkrafterna Lokens fördelning längs tåget minskar längskrafterna vid dynamisk bromsning med loken och möjliggör högt utnyttjande av dynamisk bromsning Den dynamiska bromsen är simultan och samtidig längs tåget vilket också minskar längskrafterna Bromsenergin avges via elmotorerna i generatormod till luftkylda elektriska motstånd och ger inget nämnvärt mekaniskt slitage på den dynamiska bromsen Den dynamiska bromsen avlastar den vanliga tågbromsen vilket leder till mindre uppvärmning av och mindre slitage på hjul och bromsblock De förbättrade bromsegenskaperna ökar möjligheten att köra längre tåg och minskar urspårningsrisken DP (styrsystemet) kan fås som en bonuseffekt till gynnsamt pris om man inför ECP-broms Möjliggör fjärrstyrning av lok i modulära tåg vid TSC (Train Sharing and Coupling, dvs. ett tåg sammansatt av ett antal mindre kompletta tåg med egna lok som snabbt kan bildas och lösas upp vid olika knutpunkter) DP har hittills använts inom heavy haul trafik där man har särskilt stor nytta av ovanstående egenskaper. Med DP i kombination med konventionell pneumatisk broms av AAR typ fås en kortare bromssträcka men ändå inte alls så stor förbättring som med ECP-broms (se nedan). Spoornet har gjort jämförande prov med olika bromssystem med koltåg på linjen Ermelo-Richards Bay. Följande bromssträckor behövdes för att från 45 km/h (28 miles/h) bromsa tåget till stillastående i en utförslutning på 15,2 10 : Med konventionell pneumatisk broms 1402 m (4600 fot) 100 % Med konventionell broms plus DP med trainline kabel 914 m (3000 fot) 65 % Med Wabtec kabelbaserade ECP-broms 457 m (1500 fot) 32 % Med DP och extra utsläppsventiler får man i detta fall alltså ca 2/3 så lång bromssträcka som med konventionell broms. Med ECP-broms får man ytterligare en halvering till ca 1/3 av den ursprungliga bromssträckan. Det skall påpekas att det var svårt att göra jämförelser i utförslutning. Problemet var att med den konventionella bromsen uppnå och hålla den önskade utgångshastigheten med tåget vid den punkt där bromsningen skulle påbörjas. Hastigheten blir blev mellan 20 och 30 miles/timma. Den sista punkten i listan tar upp möjligheten att använda DP för effektivisering av vanlig godstrafik med lätta och korta tåg som används i Sverige och Europa. Vid TSC 10 Dave van der Meulen: Evaluation of Wireline ECP Braking and DP on the Ermelo-Richards Bay Coal Export Line, Presented at 92 nd Annual Convention, Air brake Association, Chicago, September 2000

24 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 24 blir det i regel ett antal enskilda lok som är fördelade i tåget och inte multipelkopplade lokgrupper. Vid TSC med DP finns inte det intelligenta godstågets automatik som möjliggör snabb automatisk tågbildning, beräkning av bromstal och uppgifter om tåget och inget automatiserat bromsprov. Det nya loket vid tillkoppling av ett nytt del -tåg måste länkas in i det stora tågets radio- och datorsystemen genom en procedur för att kunna delta i kommunikationen. På motsvarande sätt måste länkningen göras om då ett av de ingående mindre del -tåg kopplas från.

25 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 25 7 Spoornet inför kabelbaserad DP/ECP När nu Spoornet som den första järnvägen i världen beslutat att helt övergår till ECPbroms i koltrafiken väljer man ECP-broms med integrerad DP-styrning via Train Linekabel. Men väljer inte varianten med kombinerad radiostyrning av DP. Det rör sig om ca 200 lok, varav ca 110 st skall kunna vara ledande lok och ca 6700 kolvagnar som skall byggas om. I trafiken på huvudlinjen används två typer av ellok: Ellok typ 7E1/3 med 6 axlar och lokvikt 138 ton Ellok typ 11E, med 6 axlar och lokvikt 185 ton Bortsett från försökståget med ECP-utrustningen sker trafiken än så länge med konventionellt bromsade tåg och utan DP. På huvudlinjen Ermelo Vryheid Richards Bay, där man kör långa tåg med 200 vagnar, går därför samtliga lok i tågets framända. Det är antingen 5 eller 6 stycken ellok av typ E71/3 eller 4 st ellok av typ E11. Dessa båda loktyper kan inte köras tillsammans med konventionell multipelkoppling. När man infört DP kan man köra båda loktyperna tillsammans i tåg med gemensam fjärrstyrning men i logiskt skilda grupper i tåget. Normalt avser man då att ha två lokgrupper i tåget med en grupp i vardera tågändan 11. Vid underhållsarbeten på banan behöver man använda den äldre linjesträckningen med 15,2 stigning även för de lastade tågen. Då måste ytterligare en grupp om 6 diesellok användas i tågen. Om detta är planerat redan före tågets avgång från Ermelo placeras de elektriska lokgrupperna med en grupp i täten och en mitt i tåget varefter gruppen med diselloken kopplas in i tågets bakre del på bansträckor där det behövs. Om det inte är planerat före avgång går alltså en grupp med ellok i bakre delen. Då avser man att dela tåget och koppla in dieselloksgruppen i mitten av tåget. 11 Dave van der Meulen:"Integrated ECP Braking Plus Distributed Power: From business Case To Strategic Context", Presented at the South African society for Railway Engineering, 21 November 2002

26 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft Ledande lok med både DP/ECP för tåg med 200 vagnar Spoornet avser att utrusta samtliga lok ellok av typ E11 men bara en del ellok typ E71/3 för att vara ledande lok i tåg med ECP broms och DP-styrförmåga (ca 110 lok). Övriga lok som inte blir utrustade för att vara ledande lok (främsta lok) i tåg utrustas med train line kabel för genomföring så att de kan fungera som bakomvarande aktiva lok i lokgrupperna Lok med bara ECP- system för tåg med 100 vagnar På matarbanor med 3 kv likströmsdrift (loktyp 10E) eller med diesellok typ 34 eller 37, där man kör tåg med 100 vagnar, planerar Spoornet att bara använda lok kopplade i tågets främre del och inför därför inte DP på dessa. Elloken typ 10E utrustas enbart med ECP-broms. De diesellok som man avser använda för påskjutning utrustas däremot med både ECP-broms och DP-styrning medan övriga diesellok utrustas enbart med ECPbromsar. De senare loktyperna används i regel multipelkopplade i grupper om fyra eller flera lok. Det betyder att ungefär 50 % av loken kommer att vara utrustade med ECPbromsar men inte med DP-system Synkron eller asynkron DP-styrning Normalt används synkron körning vid DP, dvs. samtliga lok i de olika fysiska lokgrupper tillhör en gemensam logisk grupp varigenom de körs likadant med en gemensam styrorder från de vanliga styrreglagen. Alternativt kan i vissa situationer en individuell och oberoende (asynkron) körning av främre och bakre lokgrupp vara tänkbar för att erhålla vissa fördelar. Ett sådant fall skulle kunna vara då ett långt och tungt tåg körs över omväxlande stora stigningar och utförslutningar (segmentiell körning se 5.1). Men DP styrsystem tillåter inte (inbyggda spärrar finns) att främre delen av tåget utnyttjar dragkraften samtidigt som bakre delen bromsas dynamiskt (jämför spärrarna vid Locotrols system 8.4). Det skulle kunna medföra att koppel dras av och tåget delas.. Vid oberoende (asynkron) körning av de olika lokgrupperna används de vanliga reglagen på konventionellt sätt för den främre logiska huvudgruppen. medan den andra delen (eller möjligen övriga delar om det är flera) än så länge styrs via paneler, tangenter, bildskärm och menyer etc. med datorkommandon. 7.4 DP på elektrifierade linjer Spoornet har positiva erfarenheter av DP använd tillsammans med elektriska lok. 12 Dave van der Meulen: Developing Business Cases For Integrated ECP Braking Plus Distributed Power, Presented at the 94 th Convention, Air Brake Association, Chicago, September Dave van der Meulen: Strategies for freight train integrated ECP braking plus distributed power, Presented at World Congress on Railway Research, Köln, November 2001

27 Fjärrstyrda lok-fördelad dragkraft 27 Ett problem vid de långa tåg med 200 vagnar på linjen Ermelo-Richards Bay (med 25 kv, 50 Hz) är att det stora avståndet mellan lokgrupperna och därmed svårt för föraren att avgöra när han skall koppla ner drivmotorströmmen för att bakre lokgrupper skall passera isolationsgap på kontaktledningen. Det finns magneter inlagda i spåret mellan rälerna som automatiskt kopplar ner motorströmmen före respektive kopplar upp igen efter passage av ett isolationsgap i kontaktledningen. Trots det är det inte lämpligt att passera ett isolationsgap och samtidigt ta ut hög effekt i motorerna och inte heller att utnyttja kraftig dynamisk bromsning. Båda fallen ger upphov till kraftiga ryck i tåget 14. Därför försöker lokförarna själva parera genom att åtminstone minska körströmmen vid aktuella platser. Det har förekommit att de bakre loken inte har kopplat upp motorströmmen igen efter att ha passerat magneterna vid dylika isolationsgap. Ofta kopplar de upp igen när nästa isolationsgap passerats. Om inte full dragkraft från samtliga lok erfordras innan dess behöver detta inte innebära något stort problem 15. Det fanns farhågor om att man skulle få problem eftersom de elektriska lok ansågs ha större benägenhet än diesellok att vid åskväder utlösa säkringar och annat som behöver återställas manuellt vilket är besvärligt och tidskrävande när det är 2,5 km mellan föraren och den bakre lokgruppen. Men dessa problem är trots allt relativt sällsynta. 14 Dave van der Meulen, Privat kommunikation, Chief Engineer (Systemic Rail Solutions), Spoornet, South Africa 15 Dave van der Meulen: Progress with Evaluation of Cable-based ECP Braking and Distributed Power, Presented at the 7 th International Heavy Haul Conference, Brisbane, June 2001