P R A C E N A U K O W E P O L I T E C H N I K I W A R S Z A W S K I E J z. 98 Transport 2013

Jacek Krawczyk

Instytut Pojazdów Szynowych „Tabor”

MODERNIZACJA KABIN STEROWNICZYCH POJAZDÓW SZYNOWYCH POD K�TEM

WSPÓ�CZESNYCH WYMAGA� ERGONOMII

R�kopis dostarczono, kwiecie� 2013

Streszczenie: W referacie dokonano przegl�du kabin sterowniczych wybranych lokomotyw i stanowisk sterowniczych przed modernizacj�, pokazano przebieg prac przy modernizacji kabin lokomotyw, zaprezentowano modele 3D kabin lokomotyw przed modernizacj� i po modernizacji, pokazano modele 3D nowych stanowisk sterowniczych (konsola, dolna cz��� pulpitu) razem z fotelami oraz zaprezentowano widoki rzeczywistych lokomotyw po modernizacji wraz z kabinami i stanowiskami sterowniczych po modernizacji. S�owo kluczowe: pulpit, kabina, lokomotywa

1. WST�P

Obecne eksploatowane na liniach kolejowych pojazdy szynowe takie jak lokomotywy liniowe, lokomotywy manewrowe, zespo�y trakcyjne, autobusy szynowe znajduj� si� w rónorodnym stanie technicznym.

�redni wiek lokomotyw najwi�kszych przewo ników na rynku pasaerskim, PKP Intercity oraz Przewozów Regionalnych aktualnie przekracza 26 lat. Na rynku przewozów towarowych na ogóln� liczb� eksploatowanych ~ 3500 lokomotyw, ~ 1600 mia�o wi�cej ni 30 lat a ~ 1700 mia�o 26÷30 lat natomiast tylko ~150 by�o w wieku 16÷25 lat, za� kilkana�cie lokomotyw (b�d�cych w posiadaniu PKP CARGO) nie przekroczy�o 15 lat. Lokomotywy b�d�ce w posiadaniu prywatnych przewo ników (ponad 400 sztuk) to lokomotywy, których wiek przekracza 40 lat.

Ze wzgl�dów ekonomicznych nie jest moliwa w krótkim czasie wymiana ca�ego taboru, na nowy spe�niaj�cy aktualne wymagania i przepisy UIC-651, UIC-612 oraz odpowiednie normy PN. Wiele tych pojazdów ma ograniczone moliwo�ci eksploatacyjne lub jest dopuszczona do eksploatacji warunkowo, ze wzgl�du na stan techniczny i warunki pracy obs�ugi oraz wymagania �rodowiskowe. Pozostaje wi�c modernizacja.

346 Jacek Krawczyk

Jednym z wanych elementów lokomotyw jest kabina sterownicza. W starych kabinach lokomotyw warunki pracy maszynisty nie spe�niaj� ju wspó�czesnych wymaga�, odno�nie ergonomii, komfortu klimatycznego i akustycznego oraz wyposaenia.

Dlatego przy okazji modernizacji lokomotyw zachodzi konieczno�� gruntownej modernizacji kabin sterowniczych, stanowiska sterowniczego, pod�ogi, wy�oenia �cian kabiny, o�wietlenia, izolacji termicznej i akustycznej. Ponadto, kabina powinna by� wyposaona w urz�dzenia socjalne jak szafki, kuchenki, umywalk� oraz lodówk�.

Ca�e wn�trze kabiny powinno spe�nia� warunki wg UIC-651 oraz wymagania odpowiednich norm PN, za� stanowisko sterownicze wymagania UIC-612. Stanowiska sterownicze musz� by� wyposaone w ergonomiczne fotele z moliwo�ci� regulacji.

2. KABINY STEROWNICZE LOKOMOTYW PRZED MODERNIZACJ�

Kabiny sterownicze wybranych lokomotyw przed modernizacj� wraz ze stanowiskami sterowniczymi, zebrano i uporz�dkowano wg typów lokomotyw.

2.1. LOKOMOTYWA SPALINOWA 301DD (ST45)

Lokomotywy powsta�y pod koniec lat 60-tych. By�y one przeznaczone do ruchu towarowego oraz pasaerskiego na niezelektryfikowanych liniach kolejowych.

Rys. 1. Lokomotywa i kabina 301Dd (ST45) przed modernizacj�

2.2. LOKOMOTYWA SPALINOWA 303D (ST46)

Projekt tej lokomotywy powsta� w 1972 roku jako rozwini�cie konstrukcji lokomotywy 301Db (serii SP45). Lokomotywy powsta�y w latach 1974 ÷ 1977. Wyprodukowano 52 sztuk lokomotyw a w roku 1985 wykonano jeszcze dwa zmodyfikowane egzemplarze. By�y one przeznaczone do ruchu g�ównie towarowego i pasaerskiego na niezelektryfikowanych liniach kolejowych.

Modernizacja kabin sterowniczych pojazdów szynowych pod k�tem wspó�czesnych … 347

Rys. 2. Lokomotywa i kabina SU46 przed modernizacj�

2.3. LOKOMOTYWA ELEKTRYCZNA 201E (ET22)

Ogólne za�oenia konstrukcyjne opracowano w latach 1965–1966, a pierwsze prototypy wyprodukowane zosta�y w Pafawagu Wroc�aw w 1969 a w roku 1972 ruszy�a produkcja seryjna. S� to lokomotywy przeznaczone do ci�kich przewozów towarowych. Dla PKP wyprodukowano ogó�em 1183 sztuk.

Rys. 3. Lokomotywa i kabina 201E (ET22) przed modernizacj�

2.4. LOKOMOTYWY SPALINOWE SP32

Lokomotywy SP32 powsta�y w 1985 roku na zamówienie PKP i by�y produkowane w Rumunii. Zosta�y one przeznaczone do obs�ugi lekkiego ruchu pasaerskiego. Wyprodukowano ��cznie dla PKP 150 sztuk tych lokomotyw. Lokomotyw� t� pokazano wraz ze stanowiskiem sterowniczym na rys. 4.

Rys.4. Lokomotywa i kabina SP32 przed modernizacj�

348 Jacek Krawczyk

2.5. LOKOMOTYWA SPALINOWA MANEWROWA SM42

Jest to podstawowa lokomotywa manewrowa spalinowa przeznaczona do ci�kich prac manewrowych oraz prowadzenia poci�gów. Zosta�a zaprojektowana na prze�omie lat 50 i 60-tych. Produkcja tej lokomotywy by�a prowadzona do roku 1981 i zosta�a wznowiona w niewielkim zakresie w 1985 roku. ��cznie wyprodukowano ponad 660 sztuk tych lokomotyw.

Lokomotywy te s� eksploatowane zarówno na torach PKP, zak�adowych jak i stacyjnych. Do dzi� stanowi� podstawow� lokomotyw� manewrow� w Polsce.

Lokomotyw� i wn�trze kabiny z stanowiskiem sterowniczym przed modernizacj�, przedstawiono na rysunku 5.

Rys.5. Lokomotywa i kabina SM42 (6D) przed modernizacj�

3. MODELE 3D LOKOMOTYW Z KABINAMI MASZYNISTY

W celu opracowania nowych stanowisk sterowniczych i modernizacji kabiny, na podstawie dokumentacji technicznej (w postaci papierowej) utworzono modele 3D szkieletu pud�a wraz z kabin� w skali 1:1 (ostoja, szkielety �cian, kabiny i poszycia). W modelu tym pomini�to stare wy�oenia, pulpity, róne instalacje (pneumatyczne, wodne i elektryczne), cz��ci przyspawane, gdy w modernizowanych lokomotywach b�d� one wykonywane od pocz�tku. Modele 3D poszczególnych lokomotyw przed modernizacj� przedstawiono na rys 6 ÷ 10.

Rys. 6. Model szkieletu lokomotywy i kabiny 301Dd (ST45) przed modernizacj�

Modernizacja kabin sterowniczych pojazdów szynowych pod k�tem wspó�czesnych … 349

Rys. 7. Model szkieletu lokomotywy i kabiny 303D (ST46) przed modernizacj�

Rys. 8. Model szkieletu lokomotywy i kabiny 201E (ET22) przed modernizacj�

Na podstawie dost�pnej dokumentacji lokomotywy SP-32 wykonano model 3D szkieletu kabiny przedstawiony w rzucie aksonometrycznym i rozstrzelonym na rys. 9.

Rys. 9. Model szkieletu kabiny lokomotywy SP32 przed modernizacj�

Modernizacja lokomotywy manewrowej SM42 (rys. 4), polega�a na modernizacji w ograniczonym zakresie wózków i ostoi. Ca�e nadwozie tj. kabina maszynisty i przedzia�y maszynowe zosta�y ca�kowicie usuni�te, w ich miejsce zosta�o zabudowane ca�kowicie nowe nadwozie wraz now� kabin�. Dlatego wykonano tylko wyj�ciowy model ostoi przed modernizacj�, przedstawiony na rys. 10.

Rys.10. Widok na model szkieletu ostoi lokomotywy SM42 przed modernizacj�

350 Jacek Krawczyk

4. PROJEKTY NOWYCH STANOWISK STEROWNICZYCH I MODERNIZACJA KABIN MASZYNISTY

Na tak przygotowanych modelach 3D wykonano analizy przestrzenne zwi�zane z

kszta�towaniem geometrii wyj�ciowej pulpitu z rozmieszczeniem na niej urz�dze� wska nikowych i steruj�cych zgodnie z aktualnymi wymaganiami i zasadami ergonomii.

Ze wzgl�du na z�oone analizy przestrzenne, utworzono na bazie dokumentów UIC i norm, niektóre pomocnicze szablony z wymaganymi wymiarami, które nast�pnie wykorzystano w tych analizach. Szablony przedstawiono poniej.

Rys.11. Szablony wykorzystane do analiz i tworzenia geometrii stanowiska sterowniczego Takie podej�cie do projektowania umoliwi�o analiz� jednocze�nie bardzo wielu

z�oonych informacji w rónych aspektach, w rozs�dnym czasie i usprawni�o proces kszta�towania konstrukcji pulpitu oraz zabudowy urz�dze� pulpitowych. Moliwe sta�o si� równie wykrywanie i eliminowanie kolizji mi�dzy elementami sk�adowymi pulpitu na etapie koncepcji, bez konieczno�ci budowy prototypu pulpitu celem weryfikacji.

Struktura stanowiska sterowniczego by�a kszta�towana wraz z zabudow� rónorodnych urz�dze� steruj�cych, aparatów elektrycznych, urz�dze� wska nikowych i pomocniczych, zarówno na pulpicie jak i pod pulpitem.

Tak ukszta�towan� geometri� wyj�ciow� stanowiska sterowniczego sprawdzono pod wzgl�dem widoczno�ci sygna�ów wysokich i niskich wg wymaga� UIC-651.

Rys.12. Warunki widoczno�ci szlaku wg karty UIC 651 i normy PN-90/K-11001:1990

Zbiorczy szablon uk�adu fotel-pulpit i wymiarów antropometrycznych ze strefami zasi�gu r�k i polami postrzegania przyrz�dów

Szablon stref zasi�gu r�k na pulpicie

Szablon zalecanych stref rozmieszczania na pulpicie urz�dze� steruj�cych i wska nikowych

Modernizacja kabin sterowniczych pojazdów szynowych pod k�tem wspó�czesnych … 351

W efekcie tych prac powsta�y prototypy wirtualne w postaci modeli 3D, zawieraj�ce praktycznie wszystkie niezb�dne dla konstruktora informacje, wyst�puj�ce w rzeczywistym prototypie fizycznym, zmodernizowanych kabin lokomotyw wraz ze stanowiskami sterowniczymi i wyposaeniem kabiny. Modele kabin i stanowisk sterowniczych przedstawiono na rys. 13 ÷ 17.

Rys. 13. Model kabiny i stanowiska sterowniczego lokomotywy 301Dd (ST45)

po modernizacji

Rys. 14. Model kabiny i stanowiska sterowniczego lokomotywy 303D (ST46)

po modernizacji

Rys. 15. Model kabiny i stanowiska sterowniczego lokomotywy 201Em (ET 22) po modernizacji

Rys. 16. Model kabiny i stanowiska sterowniczego lokomotywy SP32 po modernizacji

352 Jacek Krawczyk

Rys. 17. Model lokomotywy i kabiny 6Di oraz stanowiska sterowniczego po modernizacji

Na podstawie tych modeli zosta�a wykonana kompletna dokumentacja techniczna dla modernizacji w/w lokomotyw.

5. PREZENTACJA ZMODERNIZOWANYCH LOKOMOTYW

Na rys. 18 ÷ 21 przedstawiono uporz�dkowane wg typów, zmodernizowane

lokomotywy, ich kabiny sterownicze wraz z nowymi stanowiskami sterowniczymi maszynisty.

Rys. 18. Lokomotywa 301Dd (ST45) wraz z kabin� oraz i stanowiskiem sterowniczym po

modernizacji

Modernizacja kabin sterowniczych pojazdów szynowych pod k�tem wspó�czesnych … 353

Rys. 19. Lokomotywa 303D (ST46) wraz z kabin� i stanowiskami sterowniczymi po modernizacji

Rys. 20. Lokomotywa 201Em (ET22) wraz z kabin� i stanowiskiem sterowniczym po modernizacji

Rys. 21. Lokomotywa SP 32 wraz z kabin� i stanowiskiem sterowniczym po modernizacji

Lokomotywa modernizowana SM42 jako 6Di przedstawiona jest tylko w postaci

modelu na rys. 17, gdy obecnie trwaj� prace przy budowie prototypu.

6. PODSUMOWANIE

Zaprezentowany zakres modernizacji wybranych lokomotyw, szczególnie kabin maszynisty, zmienia ca�kowicie warunki pracy maszynistów i pomocników.

Urz�dzenia steruj�ce o dzia�aniu bezpo�rednim (analogowe) zosta�y zast�pione urz�dzeniami o dzia�aniu po�rednim (zadajnikami sygna�ów elektrycznych), które s�

354 Jacek Krawczyk

nadzorowane przez komputer pok�adowy, dzi�ki temu zmniejszy�a si� moliwo�� pope�nienia b��dów przez maszynist�.

Nast�pi�o wyra ne rozdzielenie poziomów – informacyjnych i wykonawczych, co radykalnie poprawi�o warunki interakcji cz�owiek-maszyna i zwi�kszy�o bezpiecze�stwo ruchu. Zmniejszenie konieczno�ci koncentracji uwagi na wskazaniach przyrz�dów, umoliwi�o maszyni�cie spokojn� obserwacj� sytuacji na szlaku kolejowym.

Kszta�t stanowiska sterowniczego pozbawiony jest jakichkolwiek ostrych kraw�dzi, kantów i naroników, co eliminuje moliwe urazy i skaleczenia,

Wprowadzenie klimatyzacji i nowoczesnej wentylacji poprawi�o znacznie mikroklimat i komfort termiczny w kabinie, a tym samym warunki pracy maszynisty.

Kszta�t i geometria uk�adu pulpit–fotel umoliwia �atwe wsiadanie i wysiadanie oraz zapewnia dostateczn� swobod� ruchu kolan i ud, nawet w przypadku obrotu fotela, u�atwia wykonanie czynno�ci sterowniczych zgodnie z granicami zasi�gu r�k (wg karty UIC-651), zapewniaj�c prawid�ow� prac� maszynisty w pozycji siedz�cej i stoj�cej.

Dzi�ki nowym izolacjom �cian bocznych, sufitu oraz nowej konstrukcji i izolacji pod�ogi, uzyskano znaczne obnienie poziomu ha�asu w kabinie.

Wyposaenie kabiny w urz�dzenia socjalne, lodówk�, umywalk�, urz�dzenie do podgrzewania posi�ków (kuchenk� lub mikrofalówk�), schowki i szafki ubraniowe poprawi�o komfort pracy maszynisty oraz pomocnika.

Dzi�ki tym dzia�aniom uzyskano zmniejszenie obci�enia fizycznego i psychicznego maszynisty, a take zwi�kszenie bezpiecze�stwa obs�ugi lokomotywy, a tym samym zwi�kszenie bezpiecze�stwa ruchu kolejowego, jak równie nowe estetyczne stanowisko pracy maszynisty.

Bibliografia 1. Krawczyk J., Guzikowski D., Mockiewicz K.: Opracowanie wytycznych dla kabin maszynisty

lokomotywy o pr�dko�ci 200km/h w zakresie ergonomii kabiny i fotela maszynisty w powi�zaniu z wymaganiami funkcjonalnymi. Opracowanie OR-7561. OBRPS-Pozna� 1991.

2. Krawczyk J., Guzikowski D.: Wytyczne do konstrukcji kabiny maszynisty spe�niajacej najnowsze wymagania ergonomiczne. Opracowanie OR-7803. OBRPS-Pozna� 1994.

3. Marciniak Z., Krawczyk J. Kabiny sterownicze nowoczesnych lokomotyw, ergonomia, bezpiecze�stwo i warunki pracy obs�ugi. Materia�y z Konferencji Ergonomia W �rodkach Transportu. Warszawa, kwiecie� 2000.

4. Kabina maszynisty lokomotywy elektrycznej dwukabinowej. Podstawowe wymagania, bezpiecze�stwo pracy i ergonomii. Norma PN-90/K-11001. Warszawa 1990.

5. Ukszta�towanie kabin maszynisty lokomotyw, wagonów silnikowych, zespo�ów trakcyjnych i wagonów sterowniczych. Karta UIC-651 wyd. 2 Pary 2000.

6. Dokumentacja Techniczno – Ruchowa lokomotywy spalinowej typu 303Da serii ST46 – Opis techniczny. Opracowanie 303Da 0159-1, IPS ”TABOR” Pozna�, 06.2011.

7. Marciniak Z., Michalak P.; Nowe oraz zmodernizowane uk�ady i zespo�y w modernizowanej lokomotywie spalinowej typu 303D serii SU46, Pojazdy Szynowe 2012, nr 1.

Modernizacja kabin sterowniczych pojazdów szynowych pod k�tem wspó�czesnych … 355

MODERNIZATION OF CONTROL CABS OF RAIL VEHICLES PAYING SPECIAL ATTENTION TO THE MODERN ERGONOMIC REQUIREMENTS

Summary: The control cabs of the selected locomotives and the control stands before modernization are reviewed in this paper. The progress of works on the modernization of locomotive cabs is also shown. 3D models of locomotives before modernization and after it are presented as well as 3D models of new control stands (console, the lower part of the driver’s desk) with armchairs are given. The views of the real locomotives after modernization with the cabs and the control stands after modernization are presented. Keywords: driver’s desk, cab, locomotive