Ero sivun ”Kallistuvakorinen juna” versioiden välillä
| [katsottu versio] | [katsottu versio] |
Poistettu sisältö Lisätty sisältö
välitallennus |
Ei muokkausyhteenvetoa |
||
Rivi 4:
== Historia ==
[[Tiedosto:Pendulum railroad coach 1937.jpg|pienoiskuva|Yksi ensimmäistä kallistuvakorisista prototyypeistä Yhdysvalloissa vuonna 1937]]
Sivukiihtyvyyden ongelma on tunnistettu rata- ja kalustosuunnittelussa jo varhain. Vuonna 1937 [[Saksa|Saksassa]] tehtiin ensimmäisiä kokeiluja sivukiihtyvyyden vähentämiseksi. Seuraavana vuonna [[Yhdysvallat|Yhdysvalloissa]] koeajettiin yksinkertaisella passiivisella kallistusmekanismilla varustettua junaa. Kaupallisessa liikenteessä passiivisten kallistuvakoristen läpimurto tapahtui kuitenkin vasta 1970-luvulla [[Japani|Japanissa]] ja 1980-luvulla [[Espanja|Espanjassa]].
Rivi 22 ⟶ 23:
== Tekniikka ==
[[Tiedosto:11-07-31-helsinki-by-RalfR-054.jpg|pienoiskuva|Allegro- eli Sm6-junassa on aktiivinen kallistusjärjestelmä asennettuna toisiojousituksen ja korin väliin.]]
Kallistusjärjestelmät jaetaan toimintaperiaatteensa perusteella kahteen eri ryhmään: aktiivisiin ja passiivisiin kallistusjärjestelmiin. Passiivisessa järjestelmässä kallistusliikkeen saa aikaan [[painovoima]] korin levätessä tukipisteiden varassa rullien päällä. Aktiivisessa järjestelmässä kallistusliikkeen suuruutta ohjataan suunnitellusti esimerkiksi moottoreiden
[[Sähköveturi|Sähkövetoisissa]] kallistuvakorisissa junissa [[virroitin]] on saatava osumaan [[Ajojohdin|virtajohtoon]] myös kallistettaessa mutta kuitenkaan ylittämättä kalustolle varattua kuormaulottumaa. Tähän on kolme pääasiallista tapaa: virroitin voidaan asentaa vaunuun joka ei kallistu, virroitinta voidaan kallistaa mekaanisesti telin ja korin liikkeiden mukaan tai erillinen ohjausjärjestelmä voi siirtää virroitinta sivusuunnassa.
Kallistusjärjestelmät ovat teknisesti haastavia ja häiriöherkkiä. Kallistusjärjestelmän tulisi vikatilanteissa pyrkiä palautumaan normaaliasentoon ja ehdottomasti estää väärään suuntaan (eli ulkokaarteen suuntaan) kallistaminen. Ulkokaarteen suuntaan kallistuminen on erittäin harvinaista, mutta johtaa herkästi kiskoiltasuistumiseen.
=== Passiivinen kallistusjärjestelmä ===
Passiivisessa järjestelmässä matkustamon sisältävä kori on asennettu jousien päälle roikkumaan. Jousien kiinnittymiskohta, rotaatiopiste, on selvästi junan [[Painopiste|painopistettä]] korkeammalla, jolloin kaarteessa paino- ja rotaatiopisteen välinen asema vaakasuunnassa muuttuu painovoiman ansiosta. Koria tuetaan alaosasta rullilla. Kallistuskulmaksi rajoitetaan yleensä enintään 3–4 astetta. Huojumis- ja keinumisliikkeen estämiseksi kallistusliikettä on vaiennettava jotenkin, esimerkiksi [[Jousi|jousilla]].
Passiivinen järjestelmä on mekaanisesti yksinkertainen, varmatoiminen ja suhteellisen halpa. Siihen liittyy kuitenkin korkeampi kaatumisriski, ja lisäksi junan rungosta on tehtävä kapeampi kaupallisesti tärkeimmällä penkkien käsinojien korkeudella.
=== Aktiivinen kallistusjärjestelmä ===
Aktiivisessa järjestelmässä matkustamon sisältävä kori tuetaan passiivisesta järjestelmästä poiketen pelkästään alapuolelta telien suunnasta perinteisen kallistumattoman junakorin tapaan, sillä kallistusliikkeen aikaansaamiseksi ei tarvitse hyödyntää painovoimaa. Järjestelmä koostuu kallistusmekanismista, kallistusmoottorista ja ohjausjärjestelmästä. Kallistusmekanismi voidaan rakentaa toisiojousituksen päälle, ympärille tai alle, joista jälkimmäisin on muodostunut yleisimmäksi toteutustavaksi. Tosin
Aktiivinen järjestelmä mahdollistaa leveämmän korin ja siten matkustamon. Järjestelmän toimintaviive on pienempi kuin passiivisessa, ja lisäksi se voidaan ohjelmoida ennakoivaksi. Kallistuskulma voi olla jopa 8 astetta. Toisaalta aktiivinen järjestelmä on passiivista selvästi monimutkaisempi, mikä nostaa hintaa, vikaherkkyyttä ja huoltotarvetta.
==== Kallistusmoottori ====
[[Tiedosto:Shinkansen N700 z15.jpg|pienoiskuva|Shinkansen N700-junan aktiivinen kallistusjärjestelmä on toteutettu paineilmajousin.]]
Ensimmäiset kallistusmoottorit olivat [[Hydraulimoottori|hydraulisia]]: halpoja ja luotettavia mutta myös monimutkaisia ja laajoja. Japanissa ilmajousijärjestelmiä on yhä laajalti käytössä, mutta tällöin kallistuskulma on rajallinen. Yksinkertaisimmillaan kallistusliikkeen tuottaa toisiojousitus, mutta tällöin kallistuskulma voi olla enintään 2 astetta. Esimerkiksi [[Shinkansen]] N700 -sarjan junissa aktiivinen kallistusjärjestelmä perustuu toisiojousituksena käytettäviin paineilmajousiin. Moderneissa junissa kallistus saadaan kuitenkin yleensä aikaan aikaan joko hydraulisella tai sähkömekaanisella laitteistolla, joka voi olla sijoitettuna joko toisiojousituksen ja korin väliin tai suoraan kallistusmekanismin yhteyteen. Näistä kahdesta vielä yleisempi on jälkimmäisenä mainittu, joka on käytössä esimerkiksi X2000- ja [[Intercity-Express|ICE-T]]-junissa. Koska toisiojousitus sijaitsee tällöin kallistusmekanismin päällä, ei järjestelmä ole yhtä häiriöaltis ja radan epätasaisuuden välity yhtä vahvasti koriin asti. Toisiojousituksen ja korin väliin asennettu laitteisto on käytössä esimerkiksi [[Pendolino]]-junissa, ja siinä toisiojousitus ottaa vastaan kaikki sivuttaisvoimat. Tämän vuoksi toisiojousituksessa joudutaan käyttämään aktiivista sivuttaisjousitusta.
==== Ohjausjärjestelmä ====
Ohjausjärjestelmän tehtävä on päättää, kuinka paljon ja millä hetkellä junaa kallistetaan sekä välittää nämä tiedot kallistusmoottorille. Ohjaus voidaan toteuttaa kolmella periaatteella: reaaliaikaisella mittaamisella, [[Kulunvalvonta (rautatietekniikka)|kulunvalvonnan]] välittämän geometriatiedon mukaan tai tallentamalla
Reaaliaikainen mittaus voidaan toteuttaa mittaamalla sivukiihtyvyyttä telissä, mutta tämä menetelmä häiriöherkkä esimerkiksi radan epätasaisuuksien aiheuttamien poikkeamien vuoksi. Tasalaatuisempi tapa on mitata muutoksia junan pituussuuntaisen akselin ([[yaw]]-nopeus) ja rullaamisnopeuden välisessä suhteessa. Eräs tapa on myös mitata kallistusvajauksen tai -ylimäärän suuruutta kahden eri telin välillä.
Kulunvalvonnan välittämän geometriatiedon hyödyntämisen perusperiaate on radan varressa olevan infrastruktuurin käyttäminen tarvittavan datan siirtämiseen junan kallistuksen ohjausjärjestelmän tietokoneelle. Radan varressa oleva lähetin, mahdollisesti kulunvalvonnan osa, ilmoittaa ohjausjärjestelmälle junassa etäisyyden kaarteen alkamiseen ja sen geometrian. Ohjausjärjestelmän tietokone laskee tämän perusteella tarvittavan kallistuksen etenemisnopeuden mukaisesti.
Kolmas vaihtoehto on tietojen tallentaminen junaan: tällöin ohjausjärjestelmän muistiin tallennetaan tietyn rataosuuden kaarteiden geometriat ja sijainnit. Lisäksi ohjausjärjestelmään tarvitaan junan sijaintia mittaava anturi, mikä toteutetaan yleisimmin [[GPS]]-sirulla. Esimerkiksi [[Rautatietunneli|tunneleissa]] ja muilla katvealueilla järjestelmää täydennetään sijainnin arvioinnilla oletetun nopeuden perusteella tai määrittämällä junan sijainti [[Baliisi|baliisien]] avulla.
Ruotsissa X2000-junalla tehtyjen testien mukaan junaan tallennetut tiedot johtavat ennakoitavampaan kallistusjärjestelmän toimintaan. Kallistus voidaan ajoittaa tarkemmin ja ennakoivammin, radanpinnan epätasaisuudet eivät vaikuta järjestelmän toimintaan ja tarpeettomaksi katsotut kallistukset voidaan jättää kokonaan tekemättä. Junaan tallennetulla saavutettiin testeissä pienempi sivukiihtyvyys kuin reaaliaikaisella mittauksella erityisesti suhteellisen korkeilla 160–180 km/h nopeuksilla.
== Matkapahoinvointi ==
[[Tiedosto:NeiTech-Demo SBB RABDe 500.ogv|pienoiskuva|Kallistusjärjestelmän testailua paikallaan olevalla junalla]]
Muutama prosentti ihmisistä kärsii [[Matkapahoinvointi|matkapahoinvoinnista]] kallistuvakorisissa junissa, vaikkeivat he saisi oireita perinteisissä junissa. Tyypillisiä oireita ovat pahoinvointi, mahan vääntäminen, huimaus ja väsymys. Kallistus aiheuttaa konfliktin ihmisen havaitsemassa ja kokemassa liikkeessä, mutta suurimmalla osalla keho kykenee sopeutumaan tähän kallistuksen aiheuttamaan konfliktiin. Noin viidellä prosentilla aivojen sopeutuminen jää rajalliseksi, joka ilmenee matkapahoinvointioireina.
Koettua matkapahoinvointia voidaan vähentää usein eri keinoin. Keskeisintä on rajoittaa sivukiihtyvyyden suuruutta ja vaihtelevuutta, jota aiheuttaa erityisesti reaaliaikaiseen mittaukseen perustuva järjestelmä epätasaisena toimintana ja huonoina ajoituksina. Infrastruktuurin osalta oireilua voidaan pienentää suosimalla laajoja kaarresäteitä ja paikallisilla nopeusrajoituksilla. Sen sijaan kallistuskulman suuruudella ei juurikaan ole merkitystä koettuun matkustusmukavuuteen tai matkapahoinvointiin.
==Joitakin kallistuvakorisia junia==
| |||