Dm12:n kiihtyvyys

vompatti · 2 Huhtikuu 2006

Re: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

Saako harrastaa kirjoituspöytäteoriaa?

Antero Alku sanoi:
Vankka pystyy tehon ja painon perusteella keskimääräiseen kiihtyvyyten 0,9 m/s2 vielä 100 km/h nopeuteen. Tällaisen kiihtyvyyden olen kellottanut itse Stadlerin Regio Shuttle -vaunulle Saksassa. 120 km/h nopeudelle voinee käyttää kiihtyvyyttä 0,7 m/s2.

Kirjoituspöytäteoriani mukaan en usko näihin lukuihin. Nopeus 100 km/h on noin 28 m/s. Kiihtyvyydellä 0,9 m/s^2 pitäisi junan kiihtyä nopeuteen 100 km/h ajassa 31 s. Noin nopeisiin kiihtyvyyksiin en usko. Joko Anteron kello ei toimi, tai sitten junan nopeus ei ollut vielä 100 km/h kellon pysäytyshetkellä. Oman kirjoituspöytäteoriani (numeerinen integrointi) mukaan vankan kiihdytykseen nopeuteen 100 km/h kuluu noin 45 s.

Vaikka junan kulkua vastustavat voimat (vierintävastus ja ilmanvastus) jätettäisiin kokonaan huomiotta, ei juna kiihdy noin nopeasti. Yhtälöistä F=ma ja P=Fv saadaan junalle johdettua kiihtyvyys a=P/(vm), missä teho P=600 kW, massa m=60 t ja nopeus v on alussa nolla. Jos kiihtyvyys rajoitetaan arvoon 2 m/s^2, kuluu kiihdytykseen aikaa 40 s.

Antero Alku sanoi:
Näin laskien yksi pysähdys pidentää matka-aikaa seuraavasti:
> 80 km/h nopeudesta 45 s.
> 100 km/h nopeudesta 51 s.
> 120 km/h nopeudesta 68 s.

Nämä luvut tuntuvat suunnilleen oikeilta (hidastus + 20 s pysähdys + kiihdytys). Lienee joku painovirhe tuolla ylempänä, kun väitetään keskikiihtyvyydeksi 0,9 m/s^2.

MODEDIT/kuukanko: jaettu omaksi ketjukseen Dm12-liikennettä Tampere - Haapamäki - Seinäjoki -radalla käsittelevästä viestiketjusta

Antero Alku · 2 Huhtikuu 2006

Re: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

vompatti sanoi:
Kirjoituspöytäteoriani mukaan en usko näihin lukuihin.

Minä käytän Exceliä, joka yleensä laskee oikein, ja jolla on jopa helppo tarkistaa kaavat. Stadlerin kiihdytys on kuvattu videolle, ja siten kellotettaessa yhä uudelleen ja uudelleen.

Oiskohan tässä nyt niin, että et huomannut sitä, että pysäkin hidastusvaikutus on erotus kokonaisajasta jarrutus+seisonta+kiihdytys ja tasaisen nopeuden ohiajoajasta.

0,9 m/s2 kiihtyvyydellä/hidastuvuudella pysähdyksen kokonaisaika on 31+20+31 = 82 sekuntia. Jos pysäkin ohi ajettaisiin pysähtymättä 100 km/h, siitä paikasta, jossa jarrutus olisi aloitettava siihen paikkaan, jossa matkanopeus on taas saavutettu, on 858 metriä, johon kuluisi tasaisella nopeudella 31 sekuntia - tietenkin, koska tasainen kiihdytys tai hidastuvuus tapahtuvat puolella siitä matkasta, joka ehdittäisiin tasaisella nopeudella.

Pysäkki siis hidastaa matkaa 31+20+31-31 = 51 sekuntia.

Olen laskenut - tai taulukkohan sen laskee - myös teoreettisen maksimikiihtyvyyden olettamalla, että moottorin antoteho on vakio, ja kaikki teho käytetään häviöt unohtaen vaunun liike-energian lisäämiseen. Omapainollaan 54,5 ton ja moottoriteholla 602 kW keskimääräinen kiihtyvyys nopeuteen 100 km/h on 0,8 m/s2. Täydellä kuormalla (123 hlö x 75 kg) keskimääräinen kiihtyvyys laskee arvoon 0,37 m/s2.

Edellä saadussa kehnoimmassa tilanteessa 100 km/h nopeudesta pysähtyminen hidastaa 95 sekuntia, kiihtyvyydellä 0,8 hidastus on 53 sek. Molemmat arvot ovat aika konservatiivisia aika-arvoja, sillä jarrutushidastuvuus ei alene kuten kiihtyvyys kuorman kasvaessa. Oletan näet, että Vankkakin on tehty niin, että täydelläkin kuormalla se pystyy jarruttamaan seisovien matkustajien kannalta jo lähes kohtuuttomalla hidastuvuudella 1,6 m/s2, koska vaunulta edellytetään olenaisesti suurempaa hätäjarrutushidastuvuutta.

Molemmat edellä olleet aika-arvot ovat niin kaukana Vanhasen väittämästä 4-5 minuuttia, etten ryhtynyt monimutkaistamaan asiaa esitettyä enempää. Ja koska teoria on aina teoriaa, käytin mieluummin Stadlerista mittaamalla todettua kiihtyvyysarvoa.

Antero

PS: Tarkistinpa vielä Regio Shuttlen suorituskyvyn. Vaunuhan on lähes 15 tonnia vankkaa kevyempi, silti sinne mahtuu enemmän väkeä (160-170 hlö sisustuksesta riippuen). Teoreettiset kiihtyvyysarvot omapainolle ja täydelle kuormalle 100 km/h nopeuteen ovat 0,93 ja 0,71. Olen muuten kuullut huhun, ettei Stadler halunnut tarjota vaunuaan VR Oy:lle, vaikka Regio Shuttle on tuoteryhmänsä markkinajohtaja 350:llä myydyllä vaunulla vuodesta 1996. Hankalan asiakkaan maine ei ole etu. Matalalattiainen RS olisi varmaan ollut vähän fiksumpi hankinta kuin rakenteellisesti Dm10:a muistuttava Vankka.

vompatti · 2 Huhtikuu 2006

Re: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

Antero Alku sanoi:
Minä käytän Exceliä, joka yleensä laskee oikein, ja jolla on jopa helppo tarkistaa kaavat. Stadlerin kiihdytys on kuvattu videolle, ja siten kellotettaessa yhä uudelleen ja uudelleen.

Minä en käytä Exceliä enkä muitakaan Microsoftin ohjelmia. En kuitenkaan epäile Exceliäsi vaan sinne laitettua laskutehtävää.

Tällä koodilla voi laskea Matlabilla tai ilmaisella Octavella junan kiihtyvyyden ilman vastusvoimia:

Koodi:

% junan teho [kW]
P=602;
% junan massa [t]
m=54.5;
% alkunopeus [m/s]
v(1)=0.0001;
% suurin sallittu kiihtyvyys [m/s^2]
amax=1.2;

for laskuri=2:60,   
a=P/(m*v(laskuri-1));
a=min(a,amax);
v(laskuri)=v(laskuri-1)+a;     
end

Tässä koodissa junan suurin kiihtyvyys on rajoitettu arvoon 1,2 m/s^2 ja kiihdytysaika 60 sekuntiin. Ne on helppo muuttaa. Vektori v kertoo junan nopeuden [m/s] ajan funktiona. Kirjoittamalla find(v>100/3.6) näkee sen sekuntimäärän, jolla juna on saavuttanut nopeuden 100 km/h.

Esittäisitkö oman Excel-laskelmasi? Ja mieluiten jossakin luettavassa muodossa (esim. yhtälöinä), ei Excel-tiedostona.

Mistä tiedät, että videolla Stadlerin nopeus on 100 km/h? Näkyykö kuvassa nopeusmittari? Suuri kiihtyvyys on mahdollista myötätuulessa ja alamäessä.

Antero Alku sanoi:
Oiskohan tässä nyt niin, että et huomannut sitä, että pysäkin hidastusvaikutus on erotus kokonaisajasta jarrutus+seisonta+kiihdytys ja tasaisen nopeuden ohiajoajasta.

Ei.

Compact · 5 Huhtikuu 2006

Jostakin olen saanut ymmärtää seuraavia lukuja Vankalle ja insinööritieteitä lukeneet tahot varmaankin kertovat meille maallikoille katekismusmaisesti, että mitä se on. Toivottavasti eivät ole ristiriitaisia lukuja.

0->50 km/h = 0,669 m/s^2
0->130 km/h = 0,541 m/s^2

tyhjänä 0,37...0,5 m/s^2
kuormassa 0,31...0,29 m/s^2

Toteamus: Nollasta sataan menee siis noin yksi minuutti.

vompatti · 5 Huhtikuu 2006

Compact sanoi:
Jostakin olen saanut ymmärtää seuraavia lukuja Vankalle ja insinööritieteitä lukeneet tahot varmaankin kertovat meille maallikoille katekismusmaisesti, että mitä se on. Toivottavasti eivät ole ristiriitaisia lukuja.

No täytynee sitten selittää. Kiihtyvyys tarkoittaa sitä nopeudenlisäystä, jonka juna saa. Kiihtyvyys 1 m/s^2 tarkoittaa, että junan nopeus nyt on 1 m/s (eli 3,6 km/h) suurempi kuin sekuntia aikaisemmin. Kiihtyvyys laskee nopeuden kasvaessa (koska junan vetovoima laskee nopeuden kasvaessa ja ilmanvastus kasvaa neliöllisesti nopeuden kasvaessa).

Compact sanoi:
0->50 km/h = 0,669 m/s^2
0->130 km/h = 0,541 m/s^2

tyhjänä 0,37...0,5 m/s^2
kuormassa 0,31...0,29 m/s^2

Ylemmät luvut ovat ihan selvät. Kiihdytys 0-50 km/h kestää noin 21 s ja kiihdytys 0-130 km/h noin 67 s. Mitä nuo alemmat luvut sitten ovat? Onko niille jotakin nopeusaluetta vai milloin ne ovat voimassa? Minä en muuten usko tuohon, että Dm12 kiihtyisi nopeuteen 130 km/h noin nopeasti: ilman vastusvoimiakin kiihdytykseen menisi aikaa 64 s.

Antero Alku · 24 Huhtikuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

En ole joutanut foorumin kaikkia viestejä seuraamaan, joten tässä pari vanhahkoa juttua:

vompatti sanoi:
Mistä tiedät, että videolla Stadlerin nopeus on 100 km/h? Näkyykö kuvassa nopeusmittari? Suuri kiihtyvyys on mahdollista myötätuulessa ja alamäessä.

Kuvasin takaohjaamon nopeusmittaria, koska halusin tietää, miten nopeasti vaunu kiihtyy oikeasti.

vompatti sanoi:
Esittäisitkö oman Excel-laskelmasi? Ja mieluiten jossakin luettavassa muodossa (esim. yhtälöinä), ei Excel-tiedostona.

Taulukko, jolla lasken on nimenomaan taulukko, ei yksi funktio. Exceliä on helpompi käyttää niin. Tässä esimerkkinä kiihtyvyys 0,9 m/s2 ja nopeus 100 km/h. (Numerot kopioituna Excelistä.)

Ensin lasketaan kiihdytyksen ja hidastuksen matka kiihtyvyyden ja maksiminopeuden perusteella:
Hidastuvuus 0,9 m/s2
Nopeusero 100 km/h
Pysäkkiaika 15 s
27,77777778 m/s
Jarrutus/kiihdytysaika 30,86419753 s
Jarrutus/kiihdytysmatka 428,6694102 m

Sitten lasketaan pysähdykseen kuluva kokonaisaika, eli hidastuksen, pysäkkiajan ja kiihdytyksen kestoaika. Tästä vähennetään aika, jonka vaunu ajaisi maksiminopeudellaan, jos se ei pysähtyisi:
Pysähtymiseen kuluva aika 76,72839506 s
Pysähtymiseen kuluva matka 857,3388203 m
Ajoaika pysähtymättä 30,86419753 s
Pysäkin aiheuttama viivytys 45,86419753 s

Olennaista tässä on kuitenkin se, että VR Oy:n ilmoittamat usean minuutin ajat ovat täysin päättömiä jo sen perusteella, että aikatauluja tutkimalla monet junavuorot eivät olisi mahdollisia lainkaan, jos väitetyt ajat pitäisivät paikkaansa. Sillä eihän lähtö- ja saapumisajan erotus voi olla pienempi kuin pysähdysten määrä kertaa niiden väitetty hidastusvaikutus. Ja pitäisi olla vielä aikaa ajaa myös pysähdysten välitkin.

Voi olla, että VR Oy:n esittämä aika lasketaan siten, että lasketaan hidastukseen, seisontaan ja kiihdytykseen kuluvat ajat yhteen. Saadaanhan siitä pari minuuttia - mutta ei millään ilveellä 5 - jos lasketaan seisonta-ajaksi minuutti.

Sun ja mun laskelmassa on se ero, että lasket tehon ja liike-energian kautta junan nopeutta. Miten oikein sekään menee riippuu voimansiirrosta. Arvelen, että Vankan hydraulivoimansiirto toimii alhaisilla nopeuksilla momentinmuuntimena ja kytkeytyy jossain vaiheessa suoraksi, jolloin ei tule enää hydrauliikan häviöitä. Tämä tarkoittaa sitä, että vetoakselille välitettävä teho vaihtelee nopeuden mukaan.

vompatti sanoi:
Alunperin lähettänyt Compact
0->50 km/h = 0,669 m/s^2
0->130 km/h = 0,541 m/s^2

tyhjänä 0,37...0,5 m/s^2
kuormassa 0,31...0,29 m/s^2

Klikkaa laajentaaksesi...

Ylemmät luvut ovat ihan selvät. Kiihdytys 0-50 km/h kestää noin 21 s ja kiihdytys 0-130 km/h noin 67 s. Mitä nuo alemmat luvut sitten ovat? Onko niille jotakin nopeusaluetta vai milloin ne ovat voimassa? Minä en muuten usko tuohon, että Dm12 kiihtyisi nopeuteen 130 km/h noin nopeasti: ilman vastusvoimiakin kiihdytykseen menisi aikaa 64 s.

Eiköhän alemmat luvut tarkoita sitä, että kuormattuna kiihtyvyydeksi luvataan tietenkin vähemmän kuin tyhjänä, koska massaa on enemmän. Kiihtyvyyshaitari tulee siitä, että kiihtyvyys laskee nopeuden noustessa. Ilmoitettujen tehon ja painojen suhteen perusteella yllä olevat arvot ovat minusta kovin pieniä. Regio Shuttlen teho/paino-suhde on vähän parempi, ja käytännössä Regio Shuttlelle mitattuun keskimääräiseen kiihtyvyyteen nähden nuo arvot ovat liian alhaisia.

Antero

Elmo Allen · 24 Huhtikuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

Antero Alku sanoi:
Eiköhän alemmat luvut tarkoita sitä, että kuormattuna kiihtyvyydeksi luvataan tietenkin vähemmän kuin tyhjänä, koska massaa on enemmän. Kiihtyvyyshaitari tulee siitä, että kiihtyvyys laskee nopeuden noustessa. Ilmoitettujen tehon ja painojen suhteen perusteella yllä olevat arvot ovat minusta kovin pieniä. Regio Shuttlen teho/paino-suhde on vähän parempi, ja käytännössä Regio Shuttlelle mitattuun keskimääräiseen kiihtyvyyteen nähden nuo arvot ovat liian alhaisia.

Selvähän se on, että kuormattuna kiihtyvyys on pienempi ja että nopeus aiheuttaa siihen haitarin. Mutta kun nuo luvut eivät sovi yhteen niiden ylempien kanssa. Jos kiihtyvyys tyhjänä on maksimissaan 0,5 m/s^2, miten sitten kiihtyvyys 0-130 on kuitenkin suurempi, 0,541 m/s^2? Senhän pitäisi olla selvästi pienempi.

vompatti · 25 Huhtikuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

Antero Alku sanoi:
Taulukko, jolla lasken on nimenomaan taulukko, ei yksi funktio. Exceliä on helpompi käyttää niin. Tässä esimerkkinä kiihtyvyys 0,9 m/s2 ja nopeus 100 km/h.

Taulukko koostuu luvuista ja funktioista. Tässä esimerkissä olit taivaasta saanut lahjaksi kiihtyvyyden 0,9 m/s^2 etkä sitä mitenkään perustellut.

Antero Alku sanoi:
Sun ja mun laskelmassa on se ero, että lasket tehon ja liike-energian kautta junan nopeutta. Miten oikein sekään menee riippuu voimansiirrosta.

Minun laskelmissani on laskettu teoreettinen maksimikiihtyvyys, jota ei voi ylittää. Ja tämä teoreettinen maksimikiihtyvyys on alhaisempi kuin laskemasi 0,9 m/s^2. Sinun laskelmiasi en ole nähnyt, koska et niitä ole näyttänyt. Katso, mitä kirjoitit tämän viestiketjun ensimmäisellä sivulla:

Antero Alku sanoi:
Olen laskenut - tai taulukkohan sen laskee - myös teoreettisen maksimikiihtyvyyden olettamalla, että moottorin antoteho on vakio, ja kaikki teho käytetään häviöt unohtaen vaunun liike-energian lisäämiseen. Omapainollaan 54,5 ton ja moottoriteholla 602 kW keskimääräinen kiihtyvyys nopeuteen 100 km/h on 0,8 m/s2. Täydellä kuormalla (123 hlö x 75 kg) keskimääräinen kiihtyvyys laskee arvoon 0,37 m/s2.

Tuon taulukon haluaisin nähdä!

Palataan nyt vielä näihin lukuihin, koska herättävät kiinnostusta:

Compact sanoi:
0->50 km/h = 0,669 m/s^2
0->130 km/h = 0,541 m/s^2

tyhjänä 0,37...0,5 m/s^2
kuormassa 0,31...0,29 m/s^2

Ylemmät luvut voidaan unohtaa, sillä tuo 0-130 km/h arvo ei ainakaan pidä paikkaansa kuten jo kirjoitin. Alemmat luvut ovat ristiriitaisia jo itsessään; tyhjänä on ensin ilmoitettu pienempi luku ja sitten suurempi - täynnä toisinpäin. Nuo alemmat luvut eivät siis ole kiihtyvyyksiä keskenään samoilla nopeuksilla (ellei Compactilla sattunut painovirhettä).

Omien laskelmieni mukaan (ilmanvastus ja vierintävastus huomioituna) tyhjänä vankan kiihtyvyys 0-100 km/h voisi olla tuo 0,5 m/s^2 ja 0-120 km/h juuri 0,37 m/s^2. Ja kuormattuna kiihtyvyys 0-120 km/h olisi 0,29 m/s^2. Sen sijaan kuormassa vankka kiihtyisi nopeuteen 100 km/h keskikiihtyvyydellä 0,41 m/s^2. Luvut sopisivat teoriaani, jos Compactilla olisi sattunut pieni kirjoitusvirhe!

Antero Alku · 26 Huhtikuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

vompatti sanoi:
Taulukko koostuu luvuista ja funktioista. Tässä esimerkissä olit taivaasta saanut lahjaksi kiihtyvyyden 0,9 m/s^2 etkä sitä mitenkään perustellut.

Ei se ole taivaasta, vaan maanpäällä liikkuvasta Regio Shuttle -vaunusta mitattu keskimääräinen kiihtyvyys nopeuteen 100 km/h. Toki siis Regio Shuttlella, ei Vankalla.

vompatti sanoi:
Minun laskelmissani on laskettu teoreettinen maksimikiihtyvyys, jota ei voi ylittää. Ja tämä teoreettinen maksimikiihtyvyys on alhaisempi kuin laskemasi 0,9 m/s^2. Sinun laskelmiasi en ole nähnyt, koska et niitä ole näyttänyt. Katso, mitä kirjoitit tämän viestiketjun ensimmäisellä sivulla:

Tuon taulukon haluaisin nähdä!

Excelin solufunktio (rivillä 16) on =2/(R$2/3,6)*Q16, jossa R2-solussa on loppunopeus yksikössä km/h (alkunopeus on aina nolla) ja Q16-solussa on vaunun teho/painosuhde. Tämähän perustuu siis yksinkertaiseen fysiikkaan siten, että lasketaan aika, joka tarvitaan nopeutta vastaavan liike-energian keräämiseksi annetulla teholla. Liike-energia on 0,5 x m x v^2 ja nopeus v = a x t. Teho on energia/aika. Kun nämä sijoitetaan liike-energian lausekkeeseen ja ratkaistaan se kiihtyvyyden suhteen, saadaan a=2P/(mv). Teho/paino-suhde on P/m, joten päädytään alussa olevaan solufunktioon.

Vankalle saan tyhjänä maksimikiihtyvyydeksi 100 km/h nopeuteen 0,89 m/s^2 ja täydellä kuormalla 75 kiloisia ihmisiä 0,68 m/s^2. Teho on 602 kW ja paino tyhjänä 54,5 ton. Ilmanvastusta ja vierintävastusta en ole tässä ottanut huomioon, en myöskään tehon tai pyörän kehällä vaikuttavan voiman muutosta nopeuden funktiona. Laskelmasi on vastusten osalta tarkempi, mutta miten laskelmasi käsittelee moottorin ja voimansiirron vääntömomentin muutoksen nopeuden muuttuessa?

Vertailun vuoksi Regio Shuttlelle kiihtyvyysarvot ovat vastaavasti 0,93 ja 0,71. En ihmettele sitä, että olen kellottanut kiihtyvyyden 0,9. Vaunussa ei todellakaan ollut 161 hlö:n sillipurkkikuormaa.

Antero

Mikko Laaksonen · 26 Huhtikuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

Tämä kiihtyvyyskeskustelu on mennyt hivenen omituiseksi.

Anteron kanssa Turku - Uusikaupunki - henkilöjunaselvitystä varten laatimamme nopeuslaskelmat perustuvat neljään nähdäkseni kiistattomaan lähtötietoon:

Valmistajien nykyaikaiselle kiskobussi- ja duoraitiovaunukalustolle (esim. Stadler RegioShuttle tai GTW tai Siemensin ja Bombardierin duoraitiovaunut) ilmoittamiin kiihtyvyysarvoihin. Duoraitiovaunuille on yleensä ilmoitettu käytännön kiihtyvyydeksi 1 - 1,2 m/s2.
Omiin, digitaalivideolle dokumentoituihin havaintoihin kiihtyvyys- ja pysäkkiajoista (videoitu suoraan vaunun nopeusmittari useaan kertaan).
Käytössä oleviin aikatauluihin.
Mm. Bergenin ja Tukholman pikaraitiotiesuunnitelmissa käytettyihin kiihtyvyyslaskelmiin ja pysäkkiaikoihin (Bergen: tasainen 0,8 m/s2 ja Tukholma: tasainen 1,2 m/s2).

Kannattaa lisäksi muistaa, että Sm1 / 2 - vaunujen suoritusarvoiksi vaadittiin 48,5 km/h 2 km välein olevin 30 s pysähdyksin. Tämä edellyttää myös hyvää kiihtyvyyttä.

Se, että Dm12 ei pysty vastaaviin suoritusarvoihin, osoittaa osaltaan sen, että kalustohankinnassa ei ole huomioitu tiheäpysähdyksistä kaupunkimaista paikallisliikennettä. Tämä on selkeästi virhe, koska vastaava kalusto (esimerkiksi RegioShuttle) olisi tällaiseen liikenteeseen soveltunut.

Dm 12 ei siis sovi esimerkikisi Turku - Uusikaupunki - radan henkilöjunaliikenteeseen, koska se ei pysty suoriutumaan kuntien edellyttämistä pysähdyksistä tavoitteeksi asetetussa 55 minuutin matka-ajassa.

vompatti · 26 Huhtikuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

Antero Alku sanoi:
Vankalle saan tyhjänä maksimikiihtyvyydeksi 100 km/h nopeuteen 0,89 m/s^2

Minä saan kaavallasi 0,795 m/s^2. Tuossa on se vika, että kiihtyvyyttä ei ole rajoitettu vaan se voi olla vaikka ääretön. Jos kiihtyvyys rajoitetaan arvoon 1,2 m/s^2, saadaan keskimääräiseksi kiihtyvyydeksi nollasta sataan 0,69 m/s^2. Ja edelleenkään ei ole otettu ilmanvastusta huomioon!

Antero Alku sanoi:
Laskelmasi on vastusten osalta tarkempi, mutta miten laskelmasi käsittelee moottorin ja voimansiirron vääntömomentin muutoksen nopeuden muuttuessa?

Olen olettanut voimansiirron olevan ideaalinen. Voimansiirto antaa junalle vetovoiman F=max(Fmax,P/v). Tätä voimaa käytetään kiihdytykseen. Mikäli vastusvoimat otetaan huomioon, ne pitää vähentää tästä ennen kiihdytystä.

Antero Alku sanoi:
Vertailun vuoksi Regio Shuttlelle kiihtyvyysarvot ovat vastaavasti 0,93 ja 0,71. En ihmettele sitä, että olen kellottanut kiihtyvyyden 0,9.

Oletko laskenut nuo luvut antamallasi kaavalla? Minä saan eri lukuja kiihtyvyydelle jopa sinun kaavallasi. Lisäksi ihmettelen edelleen kellotuksiasi, sillä reaalimaailmassa pitää muistaa ilmanvastus ja vierintävastus.

Mikko Laaksonen sanoi:
Valmistajien nykyaikaiselle kiskobussi- ja duoraitiovaunukalustolle (esim. Stadler RegioShuttle tai GTW tai Siemensin ja Bombardierin duoraitiovaunut) ilmoittamiin kiihtyvyysarvoihin. Duoraitiovaunuille on yleensä ilmoitettu käytännön kiihtyvyydeksi 1 - 1,2 m/s2.

Stadler ilmoittaa HLB:lle myydylle GTW-junalle kiihdytysajaksi noin 80 s nollasta sataan. Tämä vastaa 0,35 m/s^2 keskikiihtyvyyttä ja on merkittävästi alempi kuin tässä viestiketjussa käsitellyt idealistiset kiihtyvyydet. Mille junalle Stadler on ilmoittanut suuria kiihtyvyyksiä ja miten niitä lukuja pääsee näkemään? Mille raitiovaunuille luvataan noin suuria kiihtyvyyksiä?

Mikko Laaksonen sanoi:
Se, että Dm12 ei pysty vastaaviin suoritusarvoihin, osoittaa osaltaan sen, että kalustohankinnassa ei ole huomioitu tiheäpysähdyksistä kaupunkimaista paikallisliikennettä.

Vankan teho on samaa luokkaa kuin RegioCitadis-raitiovaunussa, mutta Vankka on hieman RegioCitadista kevyempi. Näiden kiihtyvyydetkin ovat siis suunnilleen samat. Jos duoraitiovaunu sopii tiheäpysähdyksiseen paikallisliikenteeseen niin miksi ei vankka? Myönnän, että sähkövaunun kiihtyvyys voi olla parempi, sillä oikosulkumoottoria voidaan käyttää hetkellisesti nimellistehoon nähden moninkertaisella teholla.

Antero Alku · 27 Huhtikuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

vompatti sanoi:
Minä saan kaavallasi 0,795 m/s^2. Tuossa on se vika, että kiihtyvyyttä ei ole rajoitettu vaan se voi olla vaikka ääretön. Jos kiihtyvyys rajoitetaan arvoon 1,2 m/s^2, saadaan keskimääräiseksi kiihtyvyydeksi nollasta sataan 0,69 m/s^2. Ja edelleenkään ei ole otettu ilmanvastusta huomioon!

Anteeksi, eilisessä viestissä täytyy olla typovirhe. Excel-taulukossa lukee 0,80 (solussa pyöristys 2 desimaalille).

vompatti sanoi:
Olen olettanut voimansiirron olevan ideaalinen. Voimansiirto antaa junalle vetovoiman F=max(Fmax,P/v). Tätä voimaa käytetään kiihdytykseen. Mikäli vastusvoimat otetaan huomioon, ne pitää vähentää tästä ennen kiihdytystä.

Ja jos laskee tehon ja liike-energian kautta, pitäisi tehosta vähentää se osa, joka kuluu vastusten voittamiseen yhtä lailla kuin voimaan perustuvassa laskelmassa.

Kun ajetaan polttomoottorilla, pitäisi tarkassa simulaatiossa ottaa huomioon vielä se, että polttomoottorin vääntömomentti ei ole vakio moottorin kierrosnopeuden suhteen. Edelleen tietenkään tehokaan ei ole vakio, eikä edes lineaarinen johtuen siitä, että vääntömomentti ei ole vakio.

Vankan voimansiirto toiminee siten, että tietyn moottorin kierrosnopeuden alapuolella käytetään momentinmuunninta, jonka seurauksena moottorin kierrosnopeus tehoa otettaessa ei laske alle tämän asetetun arvon. Siitä ylöspäin nostetaan sitten kierroksia, jolloin vetopyörälle tuleva voima ja moottorin antoteho muuttuvat nopeuden muuttuessa. Todennäköisesti vääntömomentti ja vetovoima aluksi kasvavat nopeuden kasvaessa, jonka ansiosta kiihtyvyys voidaan pitää vakiona vielä jonkin aikaa momentinmuuntimen toiminnan lakattua. Mutta jossain vaiheessa tultaneen tilanteeseen, jossa vääntömomentti ja vetovoima alkavat laskea nopeuden noustessa, jolloin vaunun kiihtyvyys alkaa laskea voimakkaasti.

Nyt on tietenkin kysymys sitten siitä, miten paljon tätä kiihdytykseen tarvittavaa reserviä on. Tietääkseni Vankka liikkuu matkanopeudessaan yhdellä moottorilla. Se tarkoittaa, että tasaisen matkanopeuden kulkuvastukset ovat pienemmät kuin puolet maksimikonetehosta. Minulla onkin sellainen tieto, että 80 km/h nopeudella Vankan liikuttamiseen tarvitaan noin 160 kW:n teho, siis puolet toisen moottorin tehosta. Kiihdyttämiseen on siten käytettävissä noin 450 kW:n teho.

vompatti sanoi:
Oletko laskenut nuo luvut antamallasi kaavalla? Minä saan eri lukuja kiihtyvyydelle jopa sinun kaavallasi. Lisäksi ihmettelen edelleen kellotuksiasi, sillä reaalimaailmassa pitää muistaa ilmanvastus ja vierintävastus.

Minä kyllä uskon enemmän siihen, mitä empiirisesti koen kuin mitä osaan laskea. Laskeminen on aina todellisuuden jäljittelyä jollain tarkkuudella, mittaustieto on todellisuutta mittauksen tarkkuudella.

vompatti sanoi:
Mille junalle Stadler on ilmoittanut suuria kiihtyvyyksiä ja miten niitä lukuja pääsee näkemään? Mille raitiovaunuille luvataan noin suuria kiihtyvyyksiä?

Kaluston kiihtyvyysarvoja löytyy www:stäkin. Yleensä ilmoitetaan yksi kiihtyvyys ja yksi hidastuvuusarvo, mutta ei referenssinopeutta. Eli ilmoitettu arvo on maksimiarvo, joka on voimassa johonkin nopeuteen vaunun kuormasta riippuen. Muistelen nähneeni joskus jopa kiihtyvyyskäyriä (nopeuden funktiona), mutta se on harvinaisempaa.

vompatti sanoi:
Vankan teho on samaa luokkaa kuin RegioCitadis-raitiovaunussa, mutta Vankka on hieman RegioCitadista kevyempi. Näiden kiihtyvyydetkin ovat siis suunnilleen samat. Jos duoraitiovaunu sopii tiheäpysähdyksiseen paikallisliikenteeseen niin miksi ei vankka? Myönnän, että sähkövaunun kiihtyvyys voi olla parempi, sillä oikosulkumoottoria voidaan käyttää hetkellisesti nimellistehoon nähden moninkertaisella teholla.

Jos Vankan kiihtyvyys on selvästi alhaisempi, esim. luokkaa 20 % kuin sähkömoottorivaunulla, ja lisäksi korkean lattian vuoksi tarvitaan esim 30 sek pysähdys 15-20 sekunnin sijaan, niin kyllä tuo jo tuntuu silloin, kun pysähdyksiä alkaa olla pari kymmentä.

Sähkö- ja dieselmoottoreiden tehossa on se ero, että dieselille ilmoitetaan tavallisesti huipputeho ja sähkömoottorille jatkuva teho. Tästä seuraa - kuten arvioit itsekin - se, että samantehoiseksi ilmoitettu sähkömoottori mahdollistaa paremman kiihtyvyyden. Siihen auttaa sekin, että sähkömoottorin momenttikäyrä on tasainen, dieselmoottorilla ei. Sähkömoottori pystyy pitämään yllä tasaisen kiihtyvyyden, dieselmoottori ei.

Antero

vompatti · 27 Huhtikuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

Antero Alku sanoi:
Jossain vaiheessa tultaneen tilanteeseen, jossa vääntömomentti ja vetovoima alkavat laskea nopeuden noustessa, jolloin vaunun kiihtyvyys alkaa laskea voimakkaasti.

Kiihtyvyys on vakio (maksimi, olkoon vaikka 1,2 m/s^2) niin kauan kuin teho riittää. Vankan kohdalla kiihtyvyys 1 m/s^2 pysyy vakiona noin 36 km/h nopeuteen saakka, jos oletetaan vastusvoimien olevan nolla ja junaa kiihdyttävä teho on 600 kW. Käytettävä kaava on jälleen a=P/(m*v), missä v on nopeus metreinä sekunnissa.

Antero Alku sanoi:
Minulla onkin sellainen tieto, että 80 km/h nopeudella Vankan liikuttamiseen tarvitaan noin 160 kW:n teho, siis puolet toisen moottorin tehosta. Kiihdyttämiseen on siten käytettävissä noin 450 kW:n teho.

Ja kaavalla a=P/(m*v) saadaan tuolla 450 kW:n teholla kiihtyvyydeksi 0,34 m/s^2. Tämä siis se kiihtyvyys, joka junalla voi olla nopeudella 80 km/h vastusvoimat huomioiden. Aika kaukana ollaan kiihtyvyydestä 0,8 m/s^2. Mistä tuo tieto on saatu?

Antero Alku sanoi:
Minä kyllä uskon enemmän siihen, mitä empiirisesti koen kuin mitä osaan laskea. Laskeminen on aina todellisuuden jäljittelyä jollain tarkkuudella, mittaustieto on todellisuutta mittauksen tarkkuudella.

Fysiikka on kokeellinen tiede. Teorian ja kokeiden pitää olla toisiaan tukevia. Kokeiden pitää olla toistettavia (ja mielellään usealla eri junayksiköllä, eri kellolla ja eri ajanottajalla kokeiltuna). Täällä on esitetty useita teoreettisia arvoja junien kiihtyvyydelle ja lisäksi RegioShuttlea vastaavalle vankalle on Compact antanut todennäköisesti mittaamalla saatuja kiihtyvyyksiä. Ja yhden kokeen perusteella hylkäät kaikki teoriat ja muiden mittaamat tulokset ja uskot vain omiisi? Omituiseksi asian vielä tekee se, että mittaamasi kiihtyvyys on enemmän kuin omien laskujesi mukainen suurin mahdollinen kiihtyvyys. Mittauksissa voi tulla virheitä ja mittarit voivat olla viallisia. Sinulla on "asia on näin, koska mittari sen näyttää" -syndrooma. Suosittelen mittaustekniikan opintojen kertausta.

Antero Alku sanoi:
Kaluston kiihtyvyysarvoja löytyy www:stäkin. Yleensä ilmoitetaan yksi kiihtyvyys ja yksi hidastuvuusarvo, mutta ei referenssinopeutta. Eli ilmoitettu arvo on maksimiarvo, joka on voimassa johonkin nopeuteen vaunun kuormasta riippuen.

Stadler ilmoittaa monille junilleen maksimikiihtyvyyden. Tämä tuntuu olevan laskettu kaavalla a=F/m, jossa F on junan suurin vetovoima ja m junan massa täyteen lastattuna. Tämä on siis todellakin maksimikiihtyvyys, joka saadaan vain, kun junaa kiihdytetään suurimmalla vetovoimalla. Esimerkiksi Hessische Landesbahnille myydyn GTW-junan suurin kiihtyvyys on 0,88 m/s^2 ja tuo kiihtyvyys saadaan vielä nopeudella 24 km/h.

Antero Alku sanoi:
Sähkö- ja dieselmoottoreiden tehossa on se ero, että dieselille ilmoitetaan tavallisesti huipputeho ja sähkömoottorille jatkuva teho. Sähkömoottori pystyy pitämään yllä tasaisen kiihtyvyyden, dieselmoottori ei.

Dieselmoottoreille ilmoitetaan nimellisteho, sähkömoottoreille yleensä tuntiteho. Tuntiteholla sähkömoottoria voi käyttää tunnin ilman ylikuumenemisvaaraa, sitten tehoa pitää rajoittaa. Nykyaikaiset oikosulkumoottorit voivat toimia hetkellisesti moninkertaisella teholla, mutta siihen ei aina ole mahdollisuutta. Dieselmoottoreista ei saada nimellistehoa kiihdytykseen, sillä osa tehosta kuluu voimansiirrossa. Stadler ilmoittaa Hessische Landesbahnin GTW-junalle tehoksi 550 kW, mutta maksimiteho pyörän kehällä on vain 420 kW. Mikä onkaan RegioShuttlen tai vankan todellinen teho kiihdytyksessä?

Antero Alku · 28 Huhtikuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

vompatti sanoi:
Fysiikka on kokeellinen tiede. Teorian ja kokeiden pitää olla toisiaan tukevia. Kokeiden pitää olla toistettavia (ja mielellään usealla eri junayksiköllä, eri kellolla ja eri ajanottajalla kokeiltuna). Täällä on esitetty useita teoreettisia arvoja junien kiihtyvyydelle ja lisäksi RegioShuttlea vastaavalle vankalle on Compact antanut todennäköisesti mittaamalla saatuja kiihtyvyyksiä. Ja yhden kokeen perusteella hylkäät kaikki teoriat ja muiden mittaamat tulokset ja uskot vain omiisi? Omituiseksi asian vielä tekee se, että mittaamasi kiihtyvyys on enemmän kuin omien laskujesi mukainen suurin mahdollinen kiihtyvyys. Mittauksissa voi tulla virheitä ja mittarit voivat olla viallisia. Sinulla on "asia on näin, koska mittari sen näyttää" -syndrooma. Suosittelen mittaustekniikan opintojen kertausta.

Kaikki teoreettinen laskeminen perustuu havaittuihin ja mitattuihin lähtöarvoihin. Lopputulos ei koskaan voi olla niin tarkka kuin lähtöarvot, koska itse teoriaankin sisältyy epätarkkuus.

Mitattuun tulokseen sisältyy vain mittausmenetelmän epätarkkuus sekä mitattavan tapahtuman toistamisesta aiheutuva tapahtuman toteutumisen vaihtelu. Joka tapauksessa tulos on aina tarkempi ja luotettavampi kuin teorialla laskettu.

Ei vaunussa mitattu keskimääräinen kiihtyvyys ole mikään yksi koe. Vaunu ajaa tuotakin linjaa päivittäin, tuhansia kertoja vuodessa. Ja pysähtyy ja kiihtyy joka matkallaan kymmeniä kertoja. Junat pysyvät aikataulussaan, joten mitä ilmeisimmin ne noudattavat aikatauluaan toistuvasti ja kiihtyvät toistuvasti huolimatta siitä, etten ole ollut kuvaamassa nopeusmittaria kuin yhden päivän yhdellä reissulla.

Toki tässä on epätarkkuutensa. Mutta ei se ole 30-50 % tuloksesta. Jos itsekin lasken eri tuloksen kuin mitä saan mittaamalla, en todellakaan ala pitää luontoa virheellisenä.

Olen mitannut keskimääräisen kiihtyvyyden, ja uskon siihen enemmän kuin esitteestä poimitulla tehon ja painon arvolla saatuun laskennalliseen tulokseen. Syitä poikkeamiin selvitin jo aiemmissa viesteissä, mutta jatkona voi vielä sanoa syiksi senkin, että en ole mitannut (punninnut) sen vaunun painoa tai mootoritehoa tahi vetovoimaa pyörän kehällä nopeuden funktiona. Etkö sinä nyt pidä omassa laskelmassasi näitä lähtötietoja absoluuttisina ja virheettöminä totuuksina, joiden vuoksi et luota todettuun kiihtyvyyteen?

Huomautan vielä siitä, että keskimääräinen kiihtyvyys ei ole sama asia kuin maksimikiihtyvyys. Keskimääräinen kiihtyvyys toteutuu periaatteessa rajattomalla määrällä erilaisia kiihtyvyysfunktioita. Voin tietysti videokuvasta mitata keskimääräiset kiihtyvyydet jollain nopeusmittarin tarkkuudella, ja saan siten kiihtyvyyden muutoksen nopeuden funktiona. Mutta suoraan sanoen, se ei nyt kiinnosta.

Siksi toiseksi, jos mittasin 0,9 ja saan laskemalla (40 ton, 514 KW) 0,93, eihän laskettu tulos edes ole ristiriidassa todetun kanssa.

Vankkaa koskeva matkanopeuden teho on peräisin Tielaitoksen palveluksessa olevalta henkilöltä ja tullut esille keskustelussa. Nimi jääköön mainitsematta, kun ei ole sovittu, että julkaisen käymämme keskustelun.

Summa summarum. En ole tekemässä mittausteknistä tiedettä tämän asian kanssa. Minulle riittää käytännön kiihtyvyydestä se tieto ja sillä tarkkuudella kuin olen sen saanut. Kysehän on yhden merkitsevän numeron tarkkuudesta (siis 10 %), ja samalla tarkkuudella on myös laskettu tulos. Nämä tarkkuudet riittävät siihen tarkoitukseen kun olen tiedot hankkinutkin, eli liikenteen suunniteluun.

Kiinnostavaa tässä asiassa minulle on ollut, miten lähelle sähkömoottorivaunua päästään dieselmoottorivaunulla käytännön liikennöinnin kannalta. Liikennesuunnittelussa jotkut käyttävät sähkökalustolle kiihtyvyytenä jopa 1,2 m/s^2, jota pidän itse turhan optimistisena. Mutta tähän kalusto pystyy. 0,9 m/s^2 dieselmoottorivaunulle on minusta hyvä tulos. Vanhanaikaisen Vankan teho/painosuhde on selvästi Regio Shuttlen ilmoitettuja arvoja heikompi, joten sen kiihtyvyyskin jää varmasti heikommaksi. Jos tehosta ja painosta laskettu arvo Regio Shuttlelle vastaa hyvin todettua arvoa, uskon lasketun arvon olevan Vankallakin lähellä todellista. Yksinkertaita laskelmaa tarkempaan simulointiin minulla ei ole tarvittavia työkaluja, siis laskentaohjelmaa ja lähtötietoja.

vompatti sanoi:
Mikä onkaan RegioShuttlen tai vankan todellinen teho kiihdytyksessä?

Tätä en tiedä. Voisi kuvitella, että Vankan valmistajalla on mittavaunu vetovoiman mittaamiseen, mutta on toinen juttu, onko tällaista mittausta tehty. Vastaus löytynee yhteydenotolla valmistajaan.

Antero

Compact · 30 Huhtikuu 2006

Ilmeisesti moottorivaunun kiihtyvyys ei ole minkäänlainen tärkeä ominaisuus hankintoja tehtäessä. Tämä on tullut mieleen siitä syystä, että kenelläkään - niin valmistajalla kuin tilaajallakaan - ei ole antaa yksiselitteistä lukua.

Kukapa kertoisi vaikkapa lättähatun kiihtyvyyden, onko lähellä vankkaa?