V roce 1977 vyšel v časopise Železniční technika dvoudílný článek „PRAGA – automatizační systém pro spádová nádraží“, jehož autory jsou ing. Zdeněk Krapka z Výzkumného ústavu železničního v Praze a ing. Jiří Pavlát, CSc. ze Správy přestavby železničního uzlu Praha, ve kterém je výše zmíněný unikátní český systém představen. V článku je i srovnání seřaďovacího nádraží v pražských Vršovicích s jinými gravitačními třídícími stanicemi, např. v té době se zcela novým nádražím ve švýcarské Basileji, vybudovaným tzv. na zelené louce.
Článek je sice poměrně odborný, ale natolik zajímavý, že by byla škoda, aby na něj pouze usedal prach v knihovně a i laik si z faktů, v něm uvedených takříkajíc mnohé vezme. Proto dnes přináším přepis jeho první části.
Po zavedení svážného pahrbku, který podstatně zhospodárnil třídění nákladních vlaků, uskutečňované až do té doby pouze odrazem posunovací lokomotivou, začala se rychle vyvíjet samostatná třídící nádraží. Postupně se ustálily dva zásadní typy uspořádání třídících nádraží – vodorovné a spádové. Na vodorovných nádražích se síly tíže využívá pouze k volnému sbíhání jednotlivých odvěsů jen na vlastním spádovišti a všechny ostatní úkony, souvisící s posunem, vykonávají posunovací lokomotivy. Na spádovém nádraží, které je celé umístěno ve středním spádu až 10 ‰, probíhá proces třídění od přísunu k pahrbku až po přemístění sestavených souprav vozů do odjezdové skupiny bez použití posunovacích lokomotiv výhradně působením síly zemské tíže. Kromě uvedených zásadních typů třídících nádraží existují ještě nádraží smíšená, kde spádová je pouze některá ze skupin nádraží (např. staniční skupina, vjezdová skupina, výtažná kolej) a ostatní části nádraží jsou vodorovného typu.
Spádové třídící nádraží
S výjimkou rozpouštěcího zhlaví směrové skupiny a staničních skupin, kde se k brzdění vozů užívá ručně kladených zarážek (tj. stejně jako na vodorovném nádraží), reguluje se rychlost vozů a skupin vozů během třídění a posunu pouze povolováním a přitahováním ručních brzd vozů. Rovněž stojící soupravy a skupiny vozů se zajišťují před samovolným pohybem pouze utažením ručních brzd určitého počtu vozů. Uvedený technologický postup však vyžaduje značný počet pracovníků – brzdařů, posunovačů a zarážkářů.
V dřívější době byl provoz spádového nádraží ekonomicky velmi výhodný, protože náklady na provoz posunovacích lokomotiv byly vysoké, mzdy zaměstnanců naopak nízké a zájemců o práci u železnic byl nadbytek. Velkou provozní výhodou spádových nádraží byla možnost velmi výkonného násobného třídění s jednoduchou organizací. Na směrové koleje ve spádu může přímo navazovat staniční skupina, do které se vozy ze směrové skupiny přímo spouštějí. Pro tyto výhody byla spádová třídící nádraží na přelomu 19. a 20. století velmi oblíbena. V současné době se však potřeba značného počtu pracovníků stala naopak výrazným záporem spádových nádraží. Pracovníků, ochotných pracovat na směny v nepřetržitém provozu venku za každého počasí stále ubývá, a to zvlášť v místech se silným průmyslem, kde zpravidla jsou vybudována i velká třídící nádraží. Bez úplného personálního stavu není třídící nádraží spádového typu schopno pracovat a úměrně úbytku posunovačů klesá i jeho seřaďovací výkonnost. Uplatňování moderních zařízení třídící techniky se dosud podstatně lépe dařilo na nádražích vodorovného typu, protože již jen použití údolních kolejových brzd přineslo pozoruhodný užitek. Prozatím realizovaná zkušební zařízení, na nichž je úplně automatizován celý proces brzdění vozu na spádovišti, včetně zaplňování směrových kolejí bez mezer, však vyžadují velmi nákladné vybavení. Náklady na ně vynaložené nebudou příliš odlišné od nákladů na zařízení, která by k dokonalé automatizaci vyžadovala spádové třídící nádraží. Vhodně uspořádané spádové třídící nádraží proto na rozdíl od nedávných představ není zcela bez předpokladu i na něm mechanizovat, případně i automatizovat požadované úkony za únosnou cenu.
Situace v zahraničí
V průběhu vývoje železnice byla vybudována spádová třídící nádraží nebo dílčí zařízení ve spádovém uspořádání prakticky u všech vyspělých železničních správ. Několik třídících nádraží spádového typu zastaralé konstrukce je v provozu v NDR.
Spádové třídící nádraží menšího rozsahu je v provozu také v SSSR. Jeho modernizace zatím nepřekročila rámec studijních prací.
Podle informací ze zahraničního odborného tisku zabývali se řešením regulace přísunové rychlosti spouštěcími brzdami v USA. Na třídícím nádraží West-Colton u Los Angeles je instalována sestava spouštěcích kolejových brzd. Další údaje, zejména o způsobu jejich ovládání, nejsou zatím známy.
Jediné moderní třídící zařízení spádového typu bylo v současné době vybudováno ve Švýcarsku při dostavbě nádraží Basel-Muttenz na úplné dvojité třídící nádraží.
Třídící nádraží Basel-Muttenz II
Třídící nádraží Basel-Muttenz II tvoří část velkého železničního uzlu v Basileji, jednoho z patnácti uzlů budovaných podle koncepce rozvoje třídící techniky švýcarských spolkových drah. Je určeno pro zpracování dopravních proudů ve směru z jihu na sever, tj. z Itálie a Švýcarska do Francie a NSR.
Jde o nové třídící nádraží s klasickým uspořádáním, jehož 11 vjezdových kolejí tvoří spádovou vjezdovou skupinu. Jen tak bylo možné vyrovnat velké výškové rozdíly mezi vjezdovou a odjezdovou skupinou, která obsahuje 12 kolejí.
U této nové konstrukce bylo pro požadovanou výkonnost 4500 vozů denně uplatněno dynamické řešení profilu spádoviště podle soudobých požadavků.
Vjezdová skupina má parabolický profil se středním sklonem 7 ‰, na který navazuje strmá část svážného pahrbku se sklonem 50 ‰. Všech 32 směrových kolejí má neurychlující sklon 1,0 ‰. Profil a plán vjezdové skupiny, spádoviště a směrové skupiny je přehledně vyznačen na obr. I.
Přísun souprav vozů a jejich rozpouštění se uskutečňuje bez pahrbkové lokomotivy jen působením gravitační síly na urychlujícím parabolickém sklonu celého vjezdového kolejiště. Zajištění odstavených vlakových souprav a regulaci jejich přísunové a rozpouštěcí rychlosti zajišťují kolejové brzdy, uspořádané v prostoru mezi vrcholem svážného pahrbku a začátkem vjezdových kolejí ve třech sledech. Po příjezdu vlaku do vjezdové koleje se zajistí souprava vozů příslušnou zádržnou kolejovou brzdou. Zádržná brzda ji udržuje v klidu i po odstupu vlakové lokomotivy.
Základním předpokladem pro správný průběh rozpouštění je dobrá příprava soupravy vozů, tj. řádné uvolnění všech vozových brzd a dostatečné povolení šroubovek v místech mezi jednotlivými odvěsy ještě před začátkem přísunu k pahrbku a rozpouštěním. Pro přísun a rozpouštění s automatickou regulací třemi sledy kolejových brzd platí tyto hlavní provozně technické požadavky:
- při maximální dopravní hmotnosti soupravy vozů 2000 Mg (200 t) musí se umožnit regulovat přísunovou rychlost v mezích 0,5 – 2,5 m/s,
- souprava vozů musí být během rozpouštění stlačena tak, aby bylo možné před spouštěcí brzdou rozvěsit vozy s předem povolenými šroubovkami,
- souprava vozů, přivedená do spouštěcí brzdy se stanovenou přísunovou rychlostí musí se rozpouštět tak, aby se rychlost mohla co možná přesně udržovat na zadané hodnotě v rozmezí 0,5 – 1,4 m/s.
Pro regulaci přísunové a rozpouštěcí rychlosti se na třídícím nádraží Basel-Muttenz II používá hydraulických trámcových kolejových brzd typu Thyssen-Wuppertal (TW).
Tyto kolejové brzdy umožňují nastavit brzdnou sílu v sedmi stupních. Nejnižší brzdná síla odpovídající prvnímu brzdnému stupni je 5 kN na každou brzděnou nápravu. Každý další stupeň zvyšuje brzdnou sílu o 4,5 kN, takže maximální brzdná síla jedné brzdy je 32 kN pro jednu brzděnou nápravu (platí pro zádržné a spouštěcí kolejové brzdy). Poněkud delší vložené kolejové brzdy, umístěné v prostoru mezi spouštěcími a zádržnými kolejovými brzdami, umožňují regulaci brzdící síly v mezích 6 až 36 kN pro jednu brzděnou nápravu (jednotlivé brzdné stupně zvyšují brzdící sílu vždy o 5 kN).
Kolejové brzdy, regulující přísunovou a rozpouštěcí rychlost, jsou rozděleny na tři sledy a ve funkci zádržných a spouštěcích brzd jsou instalovány ve dvojicích.
Brzdící síla potřebná pro udržení rovnoměrného pohybu rozpouštěné soupravy vozů je vypočtená podle obecných zásad dynamiky jízdy. Příslušné korekce této brzdící síly jsou odvozeny od rychlostní odchylky (rozdíl mezi okamžitou skutečnou rychlostí a zadanou rychlostí) a zrychlení soupravy. Její základní hodnota respektuje skutečnou hmotnost rozpouštěné soupravy vozů, zmenšenou již o oddělené odvěsy za spouštěcí brzdou. Algoritmus automatické regulace přísunové a rozpouštěcí rychlosti se stanovil podle výsledků simulovaných průběhů celého procesu na počítači. Přitom se respektoval i vliv vůle mezi nárazníky při povolených šroubovkách a jejich pružení.
Vypočtená brzdící síla je rozdělena na tři sledy kolejových brzd tak, aby spouštěcí brzdy vyvozovala vždy největší brzdící sílu a tak stlačovala soupravu vozů. Přitom je třeba omezit brzdící sílu pro lehké nápravy, aby nedocházelo k vyzvedávání kol nad kolejnicí.
Způsob automatického ovládání přísunové a rozpouštěcí rychlosti švýcarského typu je světovou novinkou.
Ovládací systém na třídícím nádraží Basel-Muttenz II tvoří dva řídící počítače Siemens 306, pracující současně se vstupními obvody v paralelním zapojení, přičemž výstupní obvody jen jednoho počítače jsou připojeny na ovládaná zařízení. Druhý počítač tvoří tzv. „horkou“ rezervu.
Oba počítače a nezbytné externí logické (periferní) obvody vyžadují velký prostor pro montáž. Tento prostor musí být vybaven velmi spolehlivou a účinnou klimatizací, přičemž je třeba zajistit zcela bezprašné prostředí.
Kromě ovládání přísunu a rozpouštění zajišťuje tento počítač i intervalové brzdění na zhlaví spádoviště a regulaci jízdy odvěsů ve směrových kolejích, vybavených lanovými unášecími zařízeními typu DB.
Počítač zpracovává údaje o hmotnosti jednotlivých náprav soustavy vozů, zjišťované váhoměrem před každou zádržnou brzdou, uchovává je v paměti a vypočítává podle jejich okamžité polohy a příslušného sklonu koleje výslednou gravitační sílu, působící na rozpouštěnou soupravu vozů. Tato gravitační síla spolu s údajem o rychlosti soupravy vozů tvoří základ pro výpočet potřebné brzdící síly, prováděný podle složitého algoritmu systému.
Rychlost rozpouštěné soupravy vozů je měřena čtyřmi radarovými měřiči rychlosti firmy Siemens-Albis umístěnými před každou skupinou brzd a na výjezdu ze spouštěcí brzdy. Údaje o rychlosti od všech měřičů rychlosti jsou v počítači vzájemně srovnány a nepravděpodobné hodnoty se z dalšího zpracování vylučují. Jde zejména o vlivy rušení a interferencí, způsobené např. pohybem vlaků na sousedních kolejích nebo pohybem osob v dosahu měřičů, dále o „záporné“ hodnoty rychlosti a náhlé nepravděpodobné změny, vznikající těmito nebo jinými rušivými vlivy.
Ověřovací zkoušky systému SBB-Siemens, prováděné v roce 1975, prokázaly hned po několika prvních automaticky rozpouštěných soupravách vozů, že navržený způsob proporciálně derivační regulace (PD) plně nevyhovuje. Vliv pružnosti soupravy vozů, která se rozhodně nechová jako tuhé těleso, je příliš výrazný a vyvolal nutnost značně zdokonalit způsob regulace.
Po velmi pečlivých, rozsáhlých a časově náročných zkouškách byl změněn program, navrhl a realizoval se způsob proporcionálně integrační regulace (PI), kterým bylo v 95 % případů dosaženo přesnosti v dodržení zadané rozpouštěcí rychlosti ± 0,17 m/s. Ve zbývajících 5 % případů jsou zahrnuty zejména obtíže spojené s regulací rychlosti vozů na konci soupravy.
Náklady na automatizaci třídícího nádraží Basel-Muttenz II činily asi 250 mil. švýcarských franků, z čehož na automatizační systém připadá odhadem asi třetina z této částky.
Basel-Muttenz II jako první plně automatizované třídící nádraží SBB bylo uvedeno do provozu dne 11. listopadu 1975 po velmi rozsáhlých a náročných zkouškách, a to nejprve v jednosměnném osmihodinovém provozu a se značně sníženou výkonností. Toto opatření se učinilo nejen proto, aby se umožnilo dodavatelům zařízení a odbornému personálu SBB v klidu odstranit obtíže, které se zpočátku projevily, ale také proto, aby se provozní pracovníci mohli zaškolit a včas si osvojit novou technologii s novou technikou.
Teprve od 4. května 1976, tj. půl roku po funkčním ověření veškerého technologického zařízení, zavedl se dvousměnný provoz. Nepřetržitý provoz se zahájil až od nového grafikonu vlakové dopravy, tj. od 30. května 1976.
Stav techniky v Československu
Na síti ČSD jsou v provozu dvě spádová třídící nádraží, a to v Praze-Vršovicích a v Ústí nad Labem. Kromě toho na moderním třídícím nádraží v České Třebové je vybudována přísunová kolej ke staniční skupině jako spádová a je vybavena ručně ovládanými kolejovými brzdami.
Třídící nádraží v Praze-Vršovicích je jednou z nejvýznamnějších vlakotvorných stanic ČSD.
Projekt na jeho vybudování byl vypracován před první světovou válkou, kdy také byla zahájena stavba. Šlo o stavbu jedné z největších stanic v celé síti býv. rakousko-uherských železnic, při které bylo použito nejmodernější stavební techniky a vybavení. Nádraží je zcela klasicky uspořádáno (obr. 2.). Všechny skupiny, tj. vjezdová, směrová staniční a odjezdová, jsou umístěny za sebou v průběžném spádu 8 – 9 ‰, který se v odjezdové skupině snižuje na 7 až 6 ‰. Vzhledem k tomu, že pro Prahu a její atrakční oblast je třeba velmi podrobného třídění, byly postaveny čtyři staniční skupiny, navazující vždy bezprostředně na příslušnou skupinu směrových kolejí. Na rozdíl od třídícího nádraží v Ústí nad Labem bylo uspořádání vršovického nádraží řešeno velkoryse a s perspektivou. Důkazem toho je, že v současné době není hlavní příčinou snížené provozní výkonnosti nádraží jeho nevhodné uspořádání, ale především problémy v oblasti počtu pracovníků.
Při přestavbě pražského železničního uzlu se počítá se zásadní modernizací kolejového uspořádání stanice. Základní koncepce stanice má být při ní v podstatě zachována. Upraví se délky a počty kolejí a konstrukce všech zhlaví tak, aby plně vyhovovaly dnešním potřebám. Spádové uspořádání stanice se zachová, protože mezi začátkem a koncem stanice je výškový rozdíl kolem 22 m, daný konfigurací území. S výhodou se využije spádového uspořádání stanice pro výkonné násobné třídění ve staničních skupinách.
Provoz modernizovaného nádraží je nemyslitelný bez dokonalého vybavení nejmodernější třídící technikou. Její použití – s výjimkou intervalových kolejových brzd – se původně předpokládalo jako poslední část modernizace až po úplném dokončení kolejové přestavby a po vybavení celého nádraží zabezpečovací technikou.
Nedostatek pracovníků v profesi posunovačů dosáhl však v současné době kritického stavu, který si vynutil hledat možnost použití zařízení moderní třídící techniky ještě před kolejovou rekonstrukcí stanice.
Příprava na vložení zádržných brzd
Studie zpracovaná Správou přestavby železničního uzlu Praha (SPŽUP) prokázala, že nedostatek posunovačů a jejich fyzickou práci je možné nahradit a úroveň bezpečnosti práce a posunu lze zvýšit instalováním zádržných kolejových brzd ve vjezdové skupině. Podle této studie se v každé vjezdové koleji předpokládá vložení kolejových brzd typu KB-DV, vyráběných běžně pro ČSD železničními opravnami a strojírnami.
Zádržné brzdy, v nichž stojí čelní vozy stojících souprav vozů ve vjezdové skupině, jsou značně vzdáleny od svážného pahrbku, takže do přísunové koleje k pahrbku se musí vložit ještě další samostatná spouštěcí brzda, která reguluje rychlost tříděné soupravy, když poslední vůz soupravy již opustil zádržnou brzdu ve vjezdové koleji.
Na obr. 3 je schematicky vyznačena poloha zádržných a spouštěcích brzd. Požadavky na vlastnosti zádržných brzd ve vjezdové skupině se značně liší od požadavků kladených na srázové nebo údolní kolejové brzdy na spádovišti a byly specifikovány takto: SPŽUP byly požadavky na zádržnou kolejovou brzdu specifikovány takto:
- a) Zádržná brzda musí spolehlivě udržet v klidu i soupravu vozů o největší dopravní hmotnosti po odstoupení vlakové lokomotivy a po přerušení činnosti průběžné vlakové brzdy, a to i při krátkodobém přerušení dodávky elektrické energie pro strojní zařízení brzd. Dílčí porucha některé části mechanismu vlastní brzdy nesmí vyřadit z činnosti celou brzdu.
- b) Zádržná brzda musí umožnit plynulé a spolehlivé regulování rychlosti jízdy tříděné soupravy vozů během přísunu k pahrbku a zejména při vlastním třídění.
- c) Funkce brzdy musí být vázaná na staniční zabezpečovací zařízení, musí být zaručen bezpečný vjezd vlaku jen do odbrzděné zádržné brzdy a musí být vyloučena možnost chybného odbrzdění zádržných brzd současně ve dvou obsazených kolejích.
- d) Konstrukce zádržných brzd musí umožnit bezpečný průjezd všech vozidel ČSD, tj. brzda musí být průjezdná nejen pro vozy, ale i pro všechna běžná trakční vozidla.
- e) V sousedství zádržných brzd musí být umožněn bezpečný pohyb pracovníků mezi kolejemi i přímo po vlastní brzdě v koleji tak, aby byla možná nerušená technická a přepravní prohlídka a příprava soupravy vozů k rozpouštění (rozpojení hadic průběžné brzdy, povolení šroubovek).
- f) Pro zvýšení bezpečnosti provozu při třídění by zádržné brzdy měly brzdit silou, úměrnou hmotnosti na nápravu brzděného vozu.
Na základě studie SPŽUP řešil Výzkumný ústav železniční v Praze příslušný výzkumný úkol. Od původní orientace na brzdy KB-DV se ustoupilo a rozhodlo se použít modifikované brzdy v jednokolejnicovém provedení s označením JKB-DV, vyráběné též v Železničních opravnách a strojírnách v České Lípě. Tato změna přinesla:
- zjednodušení zakrytí základové jámy pro brzdu;
- pro dosažení stejného brzdícího účinku prodloužení délky brzdy, čímž se podstatně zmenšil nepříznivý vliv skupin prázdných vozů s větším rozvorem, který by u kratší brzdy vyvolal značné potíže při jejích ovládání.
Další podstatnou změnou proti původnímu záměru byl požadavek, aby jako první nebyla vložena zádržná brzda do jedné vjezdové koleje a tam ověřována v provozu, nýbrž pro urychlené řešení obtížné provozní situace brzda spouštěcí, která se musela dimenzovat tak, aby byla sama schopna – bez přispění zádržné brzdy – regulovat rychlost rozpouštění vozové soupravy o největší dopravní hmotnosti. Ovládací zařízení bylo navrženo tak, aby se mohlo převzít bez podstatnějších změn i pro zádržné brzdy. Kladem této změny bylo, že vlastní brzda i její ovládací zařízení se odzkoušelo za nejtvrdších provozních podmínek a s nejvyšší možnou četností.
( pokračování )
