Dwusilnikowa lokomotywa SM42 typu 6DK

Spółka PKP Cargo realizuje obecnie szeroki program modernizacji posiadanego taboru spalinowego. Spośród około 1200 lokomotyw liniowych i manewrowych już wkrótce prawie 20% będzie posiadać nowoczesne zespoły napędowe, mikroprocesorowe układy sterowania i komfortowo wyposażone stanowiska pracy maszynistów. Na tym tle stosunkowo nieliczną grupę, ale ciekawą pod względem konstrukcyjnym, stanowią lokomotywy typu 6Dk, dostarczone ostatnio przez Pesę z Bydgoszczy.

Manewrowe lokomotywy spalinowe, zamawiane w latach 70. i 80. dla PKP to głównie pojazdy rodziny6D (SM42) i 411D (SM31) wyposażone w ośmio cylindrowe wolnoobrotowe silniki o mocy800 KM i 1200 KM produkcji Zakładów HCP, przeznaczone zasadniczo do ciężkich prac manewrowych.Pojazdy te rzadko jednak pracują przy pełnej mocy silnika, w praktyce znacznie częściej stosowane są do lekkich manewrów, pociągów zdawczych i gospodarczych oraz obsługi punktów utrzymania taboru – lokomotywowni i wagonowni. Takie wykorzystanie pojazdu spalinowego jest bardo nieekonomiczne z uwagi na duże jednostkowe zużycie paliwa i odbija się niekorzystnie na trwałości jednostki napędowej. Rozwiązaniem jest wyposażenie pojazdu w dwa silniki spalinowe, o jednakowej lub różnej mocy, uruchamiane zależnie od aktualnego zapotrzebowania, co umożliwia pracę jednostki napędowej w zakresie bliskim mocy znamionowej. W lokomotywie z przekładnią elektryczną, niezależnie od dostarczanej mocy, mogą być zasilane wszystkie silniki trakcyjne, co umożliwia wykorzystanie pełnego ciężaru napędowego. Warto dodać, że przebudowa pierwszych lokomotyw SM 42 na pojazdy dwusilnikowe była podejmowana już kilkanaście lat wcześniej. Od roku 1997 na zamówienie Huty Częstochowa wykonano rekonstrukcję kilku egzemplarzy,z wykorzystaniem podzespołów lokomotywy 401Da.

Nowa lokomotywa typu 6Dk jest wspólnym dziełem: Pojazdów Szynowych Pesa w Bydgoszczy,IPS Tabor w Poznaniu oraz CZ LOKO a.s.(Ćeska Trebovä), mającej w dziedzinie projektowania i budowy pojazdów dwusilnikowych już wieloletnie doświadczenia. Firma ta oferuje obecnie szeroką gamę lokomotyw spalinowo elektrycznych z wykorzystaniem rodziny silników Caterpillar. Najmniejsza jednostka tej rodziny, sześciocylindrowy silnik C15, znalazł zastosowanie w zmodernizowanej lokomotywie SM 4 2 .

Podobnie jak w przypadku lokomotywy nie tylko agregaty prądotwórcze, lecz także wszystkie urządzenia pomocnicze, układy sterowania,instalacje i kabinę maszynisty wraz z wyposażeniem za projektowano i wykonano od podstaw. Z oryginalnego pojazdu pozostawiono jedynie ostoję oraz, zrekonstruowane w mniejszym zakresie, wózki lokomotywy. Do przebudowy przeznaczone zostały wyłącznie egzemplarze na wózkach typu 1LN, a więc wyprodukowane od 1972 roku.

Nadwozie lokomotywy 6D k ma budowę modułową,
ułatwiającą wymianę, demontaż i naprawę
podzespołów i składa się z następujących, kolejno
zabudowanych bloków:

□ przedni kontener trakcyjny,
□ szafa pneumatyczna,
□ kabina maszynisty,
□ kontener wyposażenia elektrycznego,
□ tylny kontener trakcyjny.

Oba kontenery trakcyjne są identyczne i wzajemnie zamienne. W skład każdego z nich wchodzi:agregat prądotwórczy (silnik spalinowy i alternator)wraz z elementami układu sterowania i układem chłodzenia, prostownik trakcyjny, agregat hydrauliczny, agregator pomocniczy oraz sprężarka śrubowa.

Źródłem mocy jest wysokoprężny silnik spalinowy Caterpillar typu C15. Jest to jednostka sześciocylindrowa, rzędowa, chłodzona cieczą i charakteryzuje się bardzo niskim zużyciem paliwa, a zwłaszcza środków smarnych, spełniając aktualne, rygorystyczne normy emisji spalin. Moment obrotowy jest przenoszony z wału silnika na alternator trakcyjny za pośrednictwem sprzęgła podatnego.

Alternator firmy Siemens typu 1FC2 401-4B 025-Z to trój fazowa maszyna synchroniczna z obcym wzbudzeniem ze wzbudnicy statycznej. Prąd trakcyjny poprzez prostownik diodowy zasila szeregowe silniki trakcyjne prądu stałego (typuLSa-430 lub LSf-430). Przy czynnych obydwóch
silnikach spalinowych, każdy z nich napędza grupę dwóch, połączonych równolegle, silników trakcyjnych jednego wózka. Przy uruchomionym tylko jednym agregacie prądotwórczym jest możliwe zasilanie obu grup silników, tzn. czynne mogą być wszystkie silniki trakcyjne lokomotywy. Lokomotywa ma możliwość jednostopniowego osłabienia wzbudzenia silników. Czynności związane ze sterowaniem pracą zespołu silnik-alternator, regulacją siły pociągowej oraz nadzór nad pracą napędów pomocniczych są realizowane za pomocą elektronicznego regulatora INTELO firmy Lokel, Ostrava. Do wstępnego podgrzewania silnika spalinowego służy agregat cieplno-wodny Webasto. Silnik spalinowy napędza, poza alternatorem trakcyjnym, także pompy napędów hydraulicznych wentylatora silnika spalinowego oraz alternatora pomocniczego. Pompy i silniki napędów hydrostatycznych zostały dostarczone przez Parker Pump and Motor Division, Chemnitz. Znamionowe ciśnienie oleju w układach napędów hydraulicznych wynosi 35 MPa, a maksymalne, odpowiadające największej prędkości obrotowej silnika spalinowego – 42 MPa.

Alternator pomocniczy Leroy Somer LSA 43 .2L 8 C 6 /4 to trójfazowa, czterobiegunowa maszyna synchroniczna o mocy 60 kVA z własnym wzbudzeniem. Automatyczna regulacja napędu hydrostatycznego zapewnia utrzymanie stałej prędkości obrotowej alternatora, wynoszącej 1500 obr/min. Z sieci prądu trójfazowego 3 x400V 50 Hz zasilane są następujące obwody:ładowania baterii, silniki asynchroniczne napędów- wentylatorów silników trakcyjnych, sprężarki śrubowej i sprężarki klimatyzacji, ogrzewania oraz wzbudnicy prądnicy głównej.

W obydwu kontenerach trakcyjnych zamontowane są sprężarki śrubowe Gardner Denver Tampere typu CT 6B 15-10 EAA, każda o wydajności 2m3/min, dostarczające powietrze o ciśnieniu0 ,8 5 – 0,9 MPa dla układów pneumatycznych lokomotywy.

Szafa pneumatyczna, zabudowana pomiędzy kabiną a przednim kontenerem trakcyjnym mieści zbiorniki powietrza, tablicę pneumatyczną, sterownik urządzenia smarowania obrzeży, a także wentylator chłodzenia pierwszej pary silników trakcyjnych i butle agregatu gaśniczego. W szafie znajdującej się za kabiną zabudowane są urządzenia sterowania elektrycznego oraz wentylator chłodzenia drugiej pary silników i urządzenie gaśnicze dla tylnego kontenera trakcyjnego.

Poszczególne moduły są przykręcane do profili umieszczonych na ostoi pojazdu. Dostęp z zewnątrz zapewniają drzwi inspekcyjne. Połączenia modułów ze sobą i z kabiną są uszczelnione za pomocą profili gumowych. Wnętrza kontenerów i szaf zostały wyposażone w wewnętrzne oświetlenie. Na ścianach czołowych kontenerów trakcyjnych zamontowano lampy oświetlenia zewnętrznego pojazdu.

Kabina, mająca skuteczną izolację termiczną i akustyczną, została zabudowana na ostoi za pośrednictwem elastycznych podparć. Umieszczono ją blisko środka pojazdu, co zapewnia jednakowe warunki obserwacji w obu kierunkach. Radykalna poprawa widoczności ze stanowiska maszynisty, w stosunku do lokomotywy 6D, została uzyskana głównie przez obniżenie dachu przedziałów maszynowych, nie symetryczne umieszczenie wąskich kominów (po lewej stronie, patrząc zestanowiska maszynisty) oraz zastosowanie dużych okien czołowych z szybą pochyloną pod ujemnym kątem 10 ° , co redukuje odbicia światła od wewnątrz i możliwość zanieczyszczenia od strony zewnętrznej. Dolna krawędź okna przed miejscem maszynisty jest obniżona, co zapewnia dobre pole obserwacji podczas prac manewrowych.

Drzwi wejściowe do kabiny znajdują się od strony pomostu, po lewej stronie, patrząc w kierunku jazdy. W bocznej ścianie kabiny znajdują się trzy okna, z których środkowe ma odsuwaną szybę.

Kabina jest wyposażona w dwa jednakowe pulpity sterownicze, wyposażone zgodnie z zasadami ergonomii. Po prawej stronie zostały umieszczone sterowniki hamulca zespolonego i dodatkowego oraz przycisk hamulca awaryjnego. Pośrodku znajduje się nastawnik jazdy oraz nastawnik kierunkowy i manipulator syren, przycisk uruchamiający piasecznicę i odlużniacz. Po lewej stronie rozmieszczono pozostałe przyciski i przełączniki niezbędne podczas obsługi pojazdu. W górnej części pulpitu umieszczono ekran diagnostyczny, prędkościomierz z rejestratorem zdarzeń, manometry oraz radiotelefon Koliber. Pozostałe elementy sterowania oraz samoczynne bezpieczniki obwodów elektrycznych zostały umieszczone w panelu rozdzielni elektrycznej na tylnej ścianie kabiny, sąsiadującej z kontenerem urządzeń elektrycznych.Od strony kontenera pneumatycznego umieszczono lodówkę oraz kuchenkę elektryczną.

Ogrzewanie zapewniają nagrzewnice elektryczne, a wentylację – dwa wentylatory umieszczone pod sufitem. Klimatyzator wnętrza kabiny jest zabudowany na dachu. Okna czołowe oraz okna w drzwiach do kabiny są wyposażone w wycieraczki z napędem elektrycznym, wycieraczki szyb czołowych dodatkowo mają spryskiwacze.Układy ogrzewania, klimatyzacji i ogrzewania szyb są zasilane z pomocniczej sieci elektrycznej 3 x 400 VAC i mogą być aktywne tylko przy uruchomionym silniku spalinowym.

Instalacje urządzeń pokładowych o napięciu24 V prądu stałego są zasilane z baterii akumulatorów niklowo-ladmowych o pojemności 265 Ah,która jest zabudowana pod kabiną maszynisty. Zbiornik paliwa oraz główny zbiornik powietrza są podwieszone pod ostoją pomiędzy wózkami.

Wózki lokomotywy zostały poddane rekonstrukcji na podstawie dokumentacji IPS Tabor i otrzymały oznaczenie typu lLNb . Wprowadzone zmiany konstrukcyjne dotyczyły głównie popraw skuteczności działania układu hamulcowego oraz przystosowania do przejazdu przez łuki o promieniu 60 m, jakie występują na terenie niektórych bocznic. Zwiększono liczbę i zmieniono sposób zamontowania cylindrów hamulcowych; przy każdym kole zamontowano oddzielny blok hamulcowy,przy czym jedno z urządzeń hamulcowych na każdym wózku zostało wyposażone w siłownik sprężynowego hamulca postojowego. Na wózkach zamontowano układ olejowego smarowania obrzeży kół systemu REBS oraz układ przeciwpoślizgowy z nadajnikami prędkości na każdym zestawie kołowym. Poprawiono szczelność osłon przekładni zębatych. Ponadto dokonano rekonstrukcji ograniczników skrętu wózka. Z uwagi zasadniczą rekonstrukcję układu hamulcowego przeprowadzono ponowne obliczenia wytrzymałościowe. Dla zmniejszenia występujących naprężeń,ramy przeznaczone do przebudowy zostały poddane odprężaniu wibracyjnemu.

Zestawy kołowe, u sprężynowanie I i II stopnia,zawieszenie silników trakcyjnych systemem tramwajowym oraz sposób przeniesienia napędu na zestaw kołowy za pomocą przekładni jedno stopniowej o przełożeniu 75:17 są takie same,jak w oryginalnych lokomotywach 6D.

Lokomotywy 6Dk są przystosowane do pracy dwóch połączonych ze sobą pojazdów. Gniazda sterowania wielokrotnego są zamontowane na czołownicach. Pojazdy zostały wyposażone w standardowe urządzenia automatyki bezpieczeństwa ruchu kolejowego: shp, czuwak aktywny oraz radio-stop. Przyciski awaryjnego zatrzymania silnika spalinowego zostały zamontowane w pobliżu stopni wejściowych na pomost z prawej strony.

Prototypowa lokomotywa, oznaczona jako SM42-1601, była po raz pierwszy zaprezentowana na Targach Trako w Gdańsku jesienią 2009 roku.W połowie kwietnia 2010 roku, po dokonaniu końcowego odbioru od producenta, została przydzielona do ówczesnego Górnośląskiego Zakładu Spółki i była eksploatowana początkowo w Rybniku, a od marca 2011 roku w sekcji w Tarnowskich Górach, między innymi na stacji Gliwice Sośnica.

Umowa na dostawę następnych czterech lokomotyw tego typu, z terminem realizacji do końca lutego 2012 roku , została podpisana 12 .04 .2011 r. i opiewała na kwotę netto ok. 12,5 milionów złotych. Drobne zmiany konstrukcyjne wprowadzono w oparciu o wyniki próbnej eksploatacji prototypowego egzemplarza. Ponadto w drugiej i trzeciej lokomotywie pozostawiono niezmieniony układ hamulca pneumatycznego, typowy dla wózków 1LN, ograniczając rekonstrukcję do zabudowy nowego sprężynowego hamulca postojowego.

W październiku 2011 roku lokomotywa SM42-1601 została przekazana do Poznania, dla umożliwienia przeszkolenia pracowników warsztatu i maszynistów przed przyjęciem w styczniu 2012 roku następnych zmodernizowanych pojazdów typu 6Dk. Pierwszym rejonem ich zatrudnienia jest stacja rozrządowa Poznań Franowo oraz bocznica elektrociepłowni Dalkia na stacji Poznań Koziegłowy.

Realizowane obecnie kontrakty obejmują modernizację łącznie 125 lokomotyw serii SM42, typów6Dg i 6Dk, należących do PKP Cargo. Potrzeby w tym zakresie są jednak parokrotnie większe. Osiągnięte efekty w postaci obniżenia kosztów eksploatacji i serwisowania lokomotyw manewrowych będą zatem decydujące o kierunkach dalszej odnowy parku pojazdów spalinowych, w którym powinno być także miejsce dla większej liczby pojazdów dwusilnikowych.

Ważniejsze dane techniczne
lokomotywy typu 6Dk
Układ osi BoBo’
Długość ze zderzakami mm 14240
Wysokość całkowita mm 4393
Rozstaw osi skrętu wózków mm 7500
Liczba zespołów napędowych 2
Silnik spalinowy Caterpillar typu C15
-moc znamionowa kW 403

• znamionowa prędkość obrotowa l/min 1800
  -liczba i układ cylindrów 6R
• średnica cylindra/skok tłoka mm 137/171
  Przekładnia elektryczna AC/DC
  Prądnica główna synchroniczna Siemens
  typu 1FC2 401-4B025-Z
  -moc znamionowa kVA 420
  Zapas paliwa dm3 2430
  Masa służbowa pojazdu Mg 72000
  Prędkość maksymalna km/h 90
  Maksymalny nacisk osi na tor kN 177
  Siła pociągowa przy rozruchu kN 280
  Średnica kół mm 1100