Tlumič rychlejší než mrknutí oka umožní zvýšit rychlost vlaků a šetří koleje

Desetkrát rychlejší než ostatní tlumiče je magnetoreologický tlumič vyvinutý výzkumníky z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně. Ve spolupráci s firmou Škoda Transportation ze skupiny PPF už ho navíc otestovali.
Tlumič umožní zvýšit maximální dovolenou rychlost vlaků a je také šetrnější ke kolejím a výhybkám. Díky rychlému náběhu tlumicí síly vědci pomýšlejí na to, že by takzvaný semiaktivní tlumič mohl na základě signálů z různých senzorů okamžitě reagovat na změny na trati nebo na vozovce.

Princip magnetoreologického tlumiče je známý už delší dobu: využívá speciální kapalinu, v níž jsou rozptýleny malé částečky železa zhruba o velikosti několika mikrometrů. Když se v tlumiči vytvoří pomocí elektrického proudu magnetické pole, částečky železa se zřetězí tak, že při průtoku kapaliny pístem kladou větší odpor, čímž naroste tlumicí síla. Výsledkem je tlumič, jehož sílu lze snadno regulovat.

Výzkumníci z brněnské strojní fakulty přišli na to, jak tyto tlumiče výrazně urychlit. „Když přivedeme elektrický proud na elektromagnetickou cívku, chvíli trvá, než se vytvoří potřebná velikost magnetického pole a částečky železa se v kapalině zřetězí. Tato časová odezva bývá od 20 do 300 milisekund, podle velikosti tlumiče.
Pokud bychom chtěli, aby tlumič okamžitě reagoval například na nerovnosti na vozovce, je taková odezva relativně pomalá. Nám se podařilo snížit časovou odezvu tlumiče na 1,2 až 1,5 milisekundy, jsme tedy více než desetkrát rychlejší,“ vysvětluje výzkumník Michal Kubík z Ústavu konstruování FSI VUT. Jen pro porovnání: jedno mrknutí lidského oka trvá přibližně 100 až 150 milisekund, tedy stonásobně déle, než jak rychle umí nový tlumič zareagovat.

Velký potenciál

Díky rychlé odezvě vědci pomýšlí na takzvanou semiaktivní regulaci. Tlumič by byl připojen k senzorům a řídicí jednotce, která by v reálném čase regulovala tlumicí sílu. Výzkumníci z VUT vidí velký potenciál v uplatnění rychlého tlumiče na podvozku kolejového vozidla.

„Konkrétně pracujeme na tlumiči vrtivých pohybů, který tlumí nežádoucí kmitání podvozku při překročení určité rychlosti. Tento nechtěný pohyb může za určitých podmínek způsobit až vykolejení vlaku a aby se tak nestalo, mají lokomotivy danou maximální povolenou rychlost.
Našim cílem je pomocí nových tlumičů rychlost lokomotivy zvýšit. Navíc jsou tyto tlumiče šetrnější ke kolejím. Při průjezdu výhybkami či oblouky nízkou rychlostí nebudou tlumiče působit zbytečně velkou silou, čímž se sníží opotřebení vozidla i infrastruktury a tím následné náklady na údržbu,“ vysvětluje Kubík.

Výzkumníci vyvinuli tlumiče dva: pomalejší, nazvaný adaptivní, a zmíněný rychlý, neboli semiaktivní. Na první pohled je rozdíl mezi nimi jediný: semiaktivní má v pístu drážky, které eliminují vznik elektrických vířivých proudů a tím snižují časovou odezvu.

„Vypadá to jednoduše, ale zabralo nám to několik let vývoje. Šířka, hloubka, počet i umístění drážek mají na funkci velký vliv, nebylo snadné vyvinout ideální variantu,“ říká Kubík. Zatímco semiaktivní tlumič byl zatím testován jen v laboratoři, jeho o „generaci starší“ verze, takzvaný adaptivní tlumič, už prošla testováním na trati.
„Tlumiče jsme testovali na zkušební trati v německém Mindenu na našich výrobcích. Musím spolupráci s odborníky z VUT pochválit a pevně věřím, že se jejich inovace na trhu prosadí,“ dodal Petr Špalek, hlavní inženýr ze Škody Transportation.

Technické řešení má VUT dokonce patentováno. Na vývoji spolupracuje i tuzemská firma Strojírna Oslavany, která by mohla tlumiče v případě úspěchu vyrábět.