W XXI wieku nastała w Polsce moda na modernizacje linii kolejowych. Obecnie przyjętym standardem jest przygotowanie do 160 km/h dla pociągów pasażerskich i 120 km/h dla pociągów towarowych. Chciałbym się skupić na możliwości wykorzystania tego drugiego parametru (wprowadzenie ruchu w reżimie SS) w świetle obowiązujących przepisów oraz budowy hamulców wagonowych. Równolegle podobne rozumowanie zostanie przeprowadzone dla reżimu S (100 km/h). Dla przejrzystości rozważań i własnej wygody przyjmę wagony towarowe czteroosiowe (najpopularniejsze), dla wagonów o innej liczbie osi należy wyniki stosownie przeskalować.
Czym są wspominane reżimy S i SS? Są to ustalone przez UIC wymagania dotyczące poruszania się wagonów towarowych z prędkościami odpowiednio 100 i 120 km/h. Dla naszej sprawy ważnym parametrem jest wymagany procent masy hamującej λ dla tego typu pojazdów. Nie wgłębiając się w szczegóły wyznaczania tego parametru, jest to parametr mówiący o skuteczności hamulców (im więcej tym lepiej). Przepisy stanowią, że pojazdy w ruchu S w stanie załadowanym muszą dysponować λ=65%, zaś w ruchu SS λ=90% (dawniej wymagano λ=100%, co ma pewne znaczenie później). Drugim ważnym czynnikiem jest maksymalny nacisk na oś, a co za tym idzie — masa brutto wagonu. W ruchu SS jest to 80 ton, w ruchu S jest to 90 ton (od lat osiemdziesiątych, wcześniej było to również 80 ton). Różnica ta ma kilka powodów, jednym z nich są ogromne ilości energii, która wydziela się podczas hamowania. Z jednej strony rośnie prędkość (zasób energii kinetycznej), a z drugiej naciski (zwiększenie siły dla zachowania odpowiedniej drogi hamowania). W przypadku klocków żeliwnych, wagony do ruchu S potrzebują cylindra 16", zaś w ruchu SS wymagane są aż 2 takie cylindry.
Przejdźmy teraz do przepisów polskich. Przytoczę tutaj tabele wymaganego procentu masy hamującej pociągu dla drogi hamowania 1300 i 1000 metrów oraz pochylenia 0‰:
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
I 6 6 6 6 6 7 10 13 17 21 25 29 35 40
90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160
46 52 59 66 74 83 92 100 100 100 101 110 119 129 140
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
I 6 6 6 6 6 7 10 13 17 21 25 29 35 40
II 6 6 6 6 6 8 11 14 18 22 27 33 39 46
90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160
46 52 59 66 74 83 92 100 110 123 135 150 164 180 195
54 63 74 - - - - - - - - - - - -
I — hamulce zespolone szybko działające
II — hamulce zespolone wolno działające
Pierwszy rzut oka wyjaśnia, że tabela dla 1300 metrów nie jest kompletna. Brakuje danych dla nastawienia II oraz… prędkości poniżej 140 km/h! Wyraźnie widać, że wartości zostały skopiowane z krótszej drogi i obcięte na wysokości 100%. Widać też, że hamulce wolno działające nie są w stanie zapewnić wystarczającej skuteczności do zatrzymania pędzących 100 czy 120 km/h pociągów towarowych. W przypadku jednak hamulców szybko działających jest szansa. Jeśli spojrzymy na tabele, to zobaczymy, że przy pochyleniu 4‰ i interesujących nas prędkościach wymagane odpowiednio 65 i 100% — dla ruchu S jest to akuratnie wartość wymagana, dla SS jednak większa. Cóż się kryje za tymi procentami? Pojedynczy wagon hamujący na 700 metrach oraz pociąg na około 825 metrach. O ile wartość ta ma faktycznie sens w przypadku drogi hamowania 1000 m, o tyle w przypadku 1300 m dysponujemy wolnymi 300 metrami, które nie są wykorzystywane. Omawiane modernizacje odbywają się na magistralach, które są wyposażane w SBL, której semafory i tak są ustawiane co 1300 metrów z racji prędkości 160 km/h dla pociągów pasażerskich.
Kwestia niedoboru skuteczności hamowania w ruchu SS jest tutaj dosyć wyraźna (10%), co oznacza, że można taki wagon załadować tylko do masy brutto 72 tony zamiast 80 ton. W przypadku pojazdów do ruchu S pojawia się ukryty problem braku… 0,5%! O ile pojazdy wyposażone we wstaki żeliwne mają masy hamujące 59 bądź 60 ton, co daje λ>65%, o tyle przy wstawkach typu K znacząca większość ma masę hamującą 58 ton. Przy masie brutto 90 ton oznacza to λ=64,4%, podczas gdy dla λ=65% wymagana masa hamująca to 58,5 tony. W jednym wypadku przepisy oznaczenie połówki tony na wagonie, aby otrzymać wymaganą skuteczność, jednak na gruncie polskich przepisów tego typu wagon nie może być załadowany do pełna. Co więcej, jeśli wagon został zaprojektowany na masę hamującą 58 ton i w czasie testów otrzymana zostanie wyższa wartość (np. 59), to nie można jej przyjąć — musi zostać projektowa.
Po przebrnięciu przez problemy hamowania pozostał problem kosztów. Energia kinetyczna zmienia się z kwadratem prędkości, opory ruchu (zwłaszcza areodynamiczne) w zakresie omawianych prędkości również. Przyjmijmy, że koszty ruchu wynoszą 1 przy prędkości 70 km/h. W takim wypadku jazda z prędkościami 100 i 120 km/h będzie odpowiednio 2 i 3 razy droższa. Za pieniądze z jednego rozruchu do 120 km/h i zatrzymania można przeprowadzić 3 takie cykle przy prędkości 70 km/h. Jeśli pociąg ma przed sobą wolną linię, to nie ma o co walczyć, ale w przypadku dużego zatłoczenia i ciągłego brania na bok lepiej się rozpędzić do wyższej prędkości i jechać cały czas, nie ingerując w ruch pasażerski. Inną sprawą jest utrzymanie taboru, które musi być wykonywane starannie. Jeden wyłączony hamulec w składzie może być powodem do obniżenia prędkości całego pociągu.
Poniżej zostały zebrane wymagane rozwiązania do wprowadzenia ruchu S i SS na magistrale zmodernizowane do standardu 160/120:
1) wyliczyć nowe tabele wymaganego procentu masy hamującej dla drogi hamowania 1300 metrów, aby bardziej tolerancyjnie podejść do hamowania pociągów towarowych o prędkościach 100 i 120 km/h,
2) uzupełnić brakujące połówki ton na wagonach do ruchu S ze wstawkami typu K,
3) pilnować załadunku wagonów SS do niższej wartości,
4) wprowadzić odpowiednią organizację ruchu, aby pociągi tego typu przejeżdżały cały zmodernizowany odcinek bez zatrzymania ani zwolnień.
