50 lat innowacji w rozwoju łożysk dla kolei o wysokich prędkościach

Realizując niezmienny cel maksymalizacji poziomu bezpieczeństwa podróży kolejami o wysokiej prędkości, firma NSK może pochwalić się ponad 50 latami innowacji datowanych od pierwszej generacji szybkobieżnych japońskich pociągów Shinkansen bullet. Zaawansowane programy rozwojowe są dynamicznie realizowane do dziś. Dzieje się tak dlatego, iż najnowsza generacja pociągów jest jeszcze szybsza, co przekłada się na jeszcze większe wymagania w stosunku do technologii łożysk. NSK kontynuuje pracę ze swoimi partnerami z branży kolejowej, zarówno z sektorów OEM jak i rynku wtórnego, w celu stworzenia produktów, które mogą poprawić czynniki takie jak bezpieczeństwo, wydajność, komfort, wagę i opłacalność.

Przykładowo, do ostatnich opracowań należy system, który jest w stanie wykryć nieprawidłowości w łożyskach podczas pracy, co jest zgodne z rosnącym trendem przechodzenia od konserwacji opartej o interwały czasowe do konserwacji związanej z oceną faktycznego stanu technicznego podzespołów.

Rys. 1. Przykład zespołu osi Shinkansen z pokazaną lokalizacją głównych łożysk.

 

Szybkie pociągi Shinkansen bullet

Od lat sześćdziesiątych pociągi Shinkansen bullet zapewniają Japonii szybką infrastrukturę niezbędną do wspierania jednej z największych i najważniejszych gospodarek świata. Ostatnie inwestycje pokazują stały rozwój sieci Shinkansen - m.in otwarte w 2015 i 2016 r. linie Hokuriku i Hokkaido, które pomagają w ożywieniu regionalnych społeczności. Co więcej, postęp osiągnięty przez Japonię skłonił wiele innych krajów do naśladowania rozwiązań, ponieważ wszyscy są chętni do wykorzystywania tego typu niskoemisyjnego transportu.

Wraz z szybko osiąganym postępem firma NSK wspierała nowe opracowania poprzez stałą rewolucję swoich technologii łożysk do zastosowań w branży kolejowej. Nigdzie nie jest to bardziej widoczne niż w przypadku pociągów Shinkansen. Przykładowo, w 1964r., gdy po raz pierwszy pojawiły się pociągi serii 0, to ważące 81 kg łożyska osi kolejowych dostarczone przez NSK, które wykorzystywały kombinację łożysk walcowych i kulkowych, stanowiły główną gwarancję niezawodności pociągów osiągających 210 km/h. Obciążenia promieniowe w tym związane z wagą wagonów były przenoszone przez dwa rzędy łożysk walcowych, podczas gdy obciążenia boczne, włączając w to siły osiowe generowane przez zakręty, były przenoszone przez jedno łożysko kulkowe. W tamtym czasie było to rozwiązanie optymalne. Przechodząc szybko do pociągów serii 300 z 1992r. osiągających 270 km/h, w których NSK zastosowała łożyska walcowe z obrzeżami , a następnie do pociągów serii N700 wprowadzonych do użytku w 2007 r, można łatwo zauważyć osiągnięty postęp. Przy jeszcze większym nacisku na poprawę osiągów (prędkość 300 km/h), ograniczenie wagi i zwiększenie komfortu firma NSK opracowała dla pociągów N700 łożyska stożkowe osi kolejowych o wadze zaledwie 23kg - prawie czterokrotnie mniej w porównaniu do łożysk osi kolejowych wykorzystanych w pociągach serii 0. Przy wysokich prędkościach nadmierna waga łożysk może mieć duży wpływ na hałas i wibracje, stąd chęć ograniczenia masy konstrukcji.

 

Bezpieczeństwo i niezawodność

Bez względu na to jak lekkie i kompaktowe stają się łożyska bezpieczeństwo pozostaje najwyższym priorytetem. W tym przypadku NSK wykorzystuje swoją wiedzę w zakresie inżynierii materiałowej w celu poprawy poziomu bezpieczeństwa - czynnika nierozłącznie związanego z pragnieniem opracowania łożysk mogących wytrzymać najtrudniejsze warunki pracy.

Oczywiście, z powodu troski o bezpieczeństwo i niezawodność, ciężkie warunki pracy zawsze wymagały efektywnych programów konserwacji i właśnie w tym zakresie NSK ostatnio dokonała przełomu. Firma opracowała pierwszy system w Japonii, który jest w stanie wykrywać nieprawidłowości w łożyskach, włączając w to defekty, zanim wystąpią ograniczenia w wydajności bądź dojdzie do uszkodzenia. System został już zastosowany w konwencjonalnych liniach kolejowych w celu poprawy bezpieczeństwa pracy i efektywności konserwacji.

System NSK składa się z czujników zamontowanych na łożyskach pozwalających dokładnie monitorować takie parametry, jak prędkość obrotowa, wibracje i temperaturę. Dzięki dużemu doświadczeniu spółki można porównać zebrane informacje z olbrzymią ilością danych referencyjnych zgromadzonych przez NSK.

Opracowanie systemu podąża za coraz silniejszym trendem zamiany konwencjonalnej konserwacji opartej o dany punkt w czasie - w przypadku której łożyska są wymieniane w z góry ustalonych okresach bez względu na to czy wykazują jakiekolwiek nieprawidłowości – na konserwację opartą o faktyczny stan techniczny, gdzie części są wymieniane tylko wtedy, gdy jest to konieczne. NSK oczekuje, że system będzie wdrażany w coraz większej liczbie pociągów ze względu na oczywiste korzyści w postaci większego bezpieczeństwa i oszczędności uzyskiwanych dzięki dłuższym interwałom między wymianami.

W oparciu o tak wysoki poziom innowacji łatwo zrozumieć, dlaczego NSK posiada najwyższe udziały na rynku łożysk kolejowych w Japonii. Co więcej, łożyska firmy są wybierane przez operatorów szybkich kolei na całym świecie - ponad 50% sprzedaży łożysk kolejowych NSK jest realizowanych poza Japonią.

Możliwości techniczne i poziom niezawodności oferowany przez NSK od czasu pociągu Shinkansen serii 0 były stale udoskonalane przez ponad 50 lat. Wykorzystując tę technologię i wiedzę fachową jako siłę napędową, NSK będzie kontynuować wsparcie na rzecz dobrobytu i bezpieczeństwa całego społeczeństwa.

 

Rys. 2. Wykorzystując kombinację łożysk walcowych i kulkowych- optymalne rozwiązanie w tamtym czasie (1964r.) - łożyska osi kolejowych NSK dla pociągów Shinkansen serii 0 ważyły 81kg.

Rys. 3. Łożyska walcowe NSK z obrzeżami (o wadze całkowitej 31 kg) były wykorzystywane w pociągach Shinkansen serii 300 wprowadzonych do eksploatacji w 1992 r.

Rys. 4. Najnowsze układy łożysk stożkowych NSK stosowane w serii N700 ważą zaledwie 23 kg.

 

Rys. 5. Pierwszy pociąg Shinkansen wszedł do eksploatacji 1 października 1964 r., dziewięć dni przed rozpoczęciem igrzysk olimpijskich w Tokio (Fot. Giovanni Gagliardi | Dreamstime)

 

Rys. 6. Pociągi Shinkansen serii 300, które pojawiły się po raz pierwszy w 1992 r, osiągały rekordową prędkość eksploatacyjną 270 km/h (Fot. Sakuragirin | Dreamstime)

 

Rys. 7. Pociągi Shinkansen serii N700 wprowadzone do ruchu w 2007 r. oferują prędkość eksploatacyjną do 300 km/h (Fot: iStock.com/winhorse)

 

Źródło: NSK Polska Sp. z o.o.