Dm12:n kiihtyvyys

Mikko Laaksonen · 30 Huhtikuu 2006

Compact sanoi:
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.

Hankittaessa moottorivaunua paikallisliikenteeseen kiihtyvyys on yksi tärkeimpiä ominaisuuksia juuri siksi, että ripeä kiihtyvyys on ratkaisevan tärkeää nopean matka-ajan saavuttamiseksi.

Dm12:ta ei ole hankittu paikallisliikenteeseen vaan ostoliikenteeseen, eli siis liikenteeseen, josta VR Oy saa valtion tukea.

Dm12 ei ominaisuuksiensa puolesta sovellu paikallisliikenteeseen, jonka mm. VR Oy on ilmoittanut keskusteluissa Varsinais-Suomen paikallisliikenteestä: sillä ei ole ko. paikallisliikenteeseen sopivaa kalustoa. (Ihmetellä toki sopii, eikö esim Sm1/2 tai 4 sopisi esim Turku - Salo ja Turku - Loimaa - väleille).

vompatti · 1 Toukokuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

Antero Alku sanoi:
Ei vaunussa mitattu keskimääräinen kiihtyvyys ole mikään yksi koe. Junat pysyvät aikataulussaan, ja kiihtyvät toistuvasti huolimatta siitä, etten ole ollut kuvaamassa nopeusmittaria kuin yhden päivän yhdellä reissulla.

Junat varmasti pysyvät aikatauluissaan, mutta silti on mahdollista, että olet mitannut väärin. Jos mittaat kiihtyvyyden vain kerran, se nimenomaan on yksi koe. Aikatauluja Saksassa ei varmaankaan suunnitella luonnottoman nopeille kiihtyvyyksille.

Antero Alku sanoi:
Toki tässä on epätarkkuutensa. Mutta ei se ole 30-50 % tuloksesta.

Samaa sanoi se mittaustekniikan opiskelija, joka 30 cm viivoitinta käyttäen mittasi 67 mm pituisen puupalikan pituudeksi 140 mm.

Antero Alku sanoi:
Jos itsekin lasken eri tuloksen kuin mitä saan mittaamalla, en todellakaan ala pitää luontoa virheellisenä.

Sinä siis olet sitä mieltä, että mittarit näyttävät aina oikein ja teoria on automaattisesti väärin? Etkö voi edes epäillä tehneesi mittavirhettä? Minä en ole pitänyt luontoa virheellisenä, mutta sinun kelloasi olen pitänyt.

Antero Alku sanoi:
Etkö sinä nyt pidä omassa laskelmassasi näitä lähtötietoja absoluuttisina ja virheettöminä totuuksina, joiden vuoksi et luota todettuun kiihtyvyyteen?

Pidän annettuja lähtötietoja teoriana, joiden pitäisi sopia mitattuihin arvoihin. Jos tiedot eivät sovi mittaustulokseen, en tee sitä johtopäätöstä, että Stadler tai Vagonka olisi antanut vääriä tietoja.

Antero Alku sanoi:
Huomautan vielä siitä, että keskimääräinen kiihtyvyys ei ole sama asia kuin maksimikiihtyvyys. Keskimääräinen kiihtyvyys toteutuu periaatteessa rajattomalla määrällä erilaisia kiihtyvyysfunktioita.

Yllä laskettiin, että Vankan kiihtyvyys nopeudella 80 km/h on noin 0,34 m/s^2. Suuremmilla nopeuksilla kiihtyvyys on vielä alhaisempi. Tuntuuko realistiselta, että näin alhaisilla kiihtyvyysarvoilla voitaisiin saavuttaa keskikiihtyvyys 0,7 m/s^2 nopeusalueella 0-100 km/h ylittämättä kiihtyvyyttä 1,2 m/s^2?

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

Minä olen saanut jostakin hieman erilaisia arvoja RegioShuttlen massalle. Ehkä niitä on noinkin kevyitä junia. Tuossa laskutoimituksessa on kuitenkin se vika, että luonnossa vaikuttavia vastusvoimia ei ole huomioitu vaan systeemin on oletettu olevan häviötön.

Antero Alku sanoi:
Vanhanaikaisen Vankan teho/painosuhde on selvästi Regio Shuttlen ilmoitettuja arvoja heikompi, joten sen kiihtyvyyskin jää varmasti heikommaksi.

RS1:n teho/paino-suhde on 8-11 prosenttia (riippuen RS:n massasta) suurempi kuin Vankan. Ero ei ole kovin suuri. Lisäksi pitää muistaa, että oikeassa elämässä teho/paino-suhde ei määrää kiihtyvyyttä, sillä ilmanvastus ei riipu junan massasta. Ja tästä johtuu se, että kaksi yhteenkytkettyä junaan kiihtyy paremmin kuin yksittäinen juna. Tämä on saattanut vaikuttaa myös mittaamaasi kiihtyvyyteen.

Antero Alku · 1 Toukokuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

vompatti sanoi:
Sinä siis olet sitä mieltä, että mittarit näyttävät aina oikein ja teoria on automaattisesti väärin? Etkö voi edes epäillä tehneesi mittavirhettä? Minä en ole pitänyt luontoa virheellisenä, mutta sinun kelloasi olen pitänyt.

Tottakai kaikella mittaamisella on tarkkuutensa. Ja tietänet itsekin, miten lasketaan keskivirhe. Mutta ei tässä ole mitään mahdollisuutta sellaiseen virheeseen, että Regio Shuttlen kiihtyvyys ei olisi lähellä nykyaikaista kaupunkiliikenteen kaluston kiihtyvyyttä, vaan se olisi lähempänä 1960-luvun moottorivaunuja.

Digitaalivideokameran ajallinen erottelukyky on 1/24 sekuntia. Digivideokamera toimii qvartsikellolla, joiden tarkkuus on luokassa sekunteja kuukaudessa, eli tämän mittauksen kannalta absoluuttisen tarkka. Suurin virhe tulee siitä, mitä nopeusmittari näyttää ja miten sen näyttö tulkitaan. Siis mikä on viisarin leveyden ja mittaritaulun asteikkoviivojen tarkkuus. Noepusmittarin tarkkuuteen vaikuttaa pyörän kehän kuluneisuus. Arvioni nopeusmittarin tarkkuudesta kaikkiaan on muutama prosentti ottaen huomioon eri virhetekijät. Käytännössä tämä on mittauksen tarkkuus, koska ajan mittaamisen virhe tähän nähden on mitätön.

Digivideolta ajan mittaamisesta vielä sen verran, että sillä voi katsoa kuvaruutu kerrallaan, eli aikatiedon saa tallenteesta todellakin tarkkuudella 1/24 sekuntia. Sekuntikellolla mittaamisen ongelma siitä, miten tarkasti ihminen reagoi ja käynnistää ja pysäyttää kellon ei vaikuta tässä.

En epäile, ettet osaisi laskea oikein. Epäilen lähtötietojesi oikeellisuutta. Laskennassa pitää tuntea voimansiirtoketjun käyttäytyminen ja siihen liittyen se, miten dieselmoottorista tehoa otetaan. Jos nämä asiat eivät ole tiedossa, ei voi laskea oikeaa tulosta, vaikka itse laskelma on oikein.

Sähkökäyttöisen kaluston kanssa on huomattavasti helpompaa, sillä voimansiirtoketju on ainoastaan mekaaninen vaihde moottorin akselin ja käyttöpyöräkerran välillä. Tai ei edes sitä, kuten Variotramissa, jossa pyörän kehä on suoraan roottorissa kiinni. Sähkökäytössä vetovoima pyörän kehällä on nopeudesta riippumatta lähes vakio niissä puitteissa, kuin sähkömoottoria pyörittävän magneettikentän aiheuttama vääntömomentti on vakio. Moottorin teho on siis suoraan verrannollinen kierrosnopeuteen, mutta teholla ei ole merkitystä, koska kiihtyvyys (a) on yksinkertaisesti voima (F) jaettuna massalla (m) (a=F/m). Vastusvoimista vierintäkitka muuttuu vain vähän, muuttuva vastusvoima on ilmanvastus. Nykyisen kaluston säätötekniikan puitteissa pystytään kuitenkin pitämään muuttuvista vastuksista riippumatta vakio kiihtyvyys, jos halutaan.

En ole syvällisesti perehtynyt kulku- ja ilmanvastusten simulointiin, enkä kaluston käyttäytymisen simulointiin muutenkaan. Liikenteen aikataulutuksen tai liikenteen talouden kannalta simuloinnilla ei ole tärkeätä merkitystä. Hyödyllisempää on tietää käytännön elämässä toteutuva suorituskyky, jonka saa parhaiten ja riittävällä tarkkuudella mittaamalla todellisen tilanteen. Sama pätee myös energian kulutukseen sekä huollon ja ylläpidon kustannuksiin. Kaikkiin vaikuttavat niin paljon seikat, joita on vaikea hallita ja simuloida, tai jotka riippuvat ihmisten sovituista tai spontaaneista toimintatavoista.

Antero

ultrix · 1 Toukokuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

Antero Alku sanoi:
Digitaalivideokameran ajallinen erottelukyky on 1/24 sekuntia.

Jos nyt vielä halvotaan hiuksia, tarkalleen ottaen DV PAL ottaa 25 kuvaa sekunnissa. Filmikameroilla normaali kuvausnopeus on 23,976 kuvaa/s ja NTSC-kameroilla 29,97 kuvaa/s. Oletettavasti kuitenkin kuvasit PAL-kuvaa, jolloin yhden freimin sekunnissa ero filmikameraan on käytännössä merkityksetön.

vompatti · 1 Toukokuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

Mittaus voi olla epätarkka, sillä junan nopeusmittari on saattanut olla viallinen. Oliko kiihdytysmatkalla alamäki?

Antero Alku sanoi:
Epäilen lähtötietojesi oikeellisuutta. Laskennassa pitää tuntea voimansiirtoketjun käyttäytyminen ja siihen liittyen se, miten dieselmoottorista tehoa otetaan. Jos nämä asiat eivät ole tiedossa, ei voi laskea oikeaa tulosta, vaikka itse laskelma on oikein.

Aina voi laskea suurimman mahdollisen kiihtyvyyden (häviötön voimansiirto), jonka itsekin laskit omalla kaavallasi. Nopeammin juna ei voi kiihtyä, sillä silloin tarvitaan enemmän tehoa (tai alamäki tai myötätuuli). Tämä suurin mahdollinen kiihtyvyys ei voi kuitenkaan toteutua reaalielämässä, sillä voimansiirrossa dieseljunilla on suuria häviöitä ja ilmanvastus pitää ottaa huomioon. Ja tämä on se syy, miksi epäilen tuota kiihtyvyyttä.

Antero Alku sanoi:
Moottorin teho on siis suoraan verrannollinen kierrosnopeuteen, mutta teholla ei ole merkitystä, koska kiihtyvyys (a) on yksinkertaisesti voima (F) jaettuna massalla (m) (a=F/m). Vastusvoimista vierintäkitka muuttuu vain vähän, muuttuva vastusvoima on ilmanvastus.

Teholla on merkitystä, koska kiihtyvyyttä rajoittaa juurikin teho. Esimerkki: vankan (m=60 t) kiihdytykseen (a=1 m/s^2) nopeudessa 100 km/h (noin 28 m/s) tarvitaan tehoa P=mav=1680 kW kun vastusvoimia ei oteta huomioon. Harvassa junassa on niin paljon tehoa, että koko nopeusalueella voidaan kiihdyttää noin nopeasti (kaupunkijunakäytössä FLIRTissä voisi teho riittää).

Teho ei ole suoraan verrannollinen kierrosnopeuteen. Jos moottorin kierrosnopeus kaksinkertaistuu junan nopeuden kaksinkertaistuessa, pitää tehoa kasvattaa yli kaksinkertaiseksi.

Vierintävastusten muutoksista keskusteltiin joskus kauan sitten uutisryhmässä sfnet.harrastus.rautatiet. Siellä eräs veturinkuljettaja epäili, että vierintävastus saattaisi laskea junan nopeuden kasvaessa. Merkitys lienee kuitenkin pieni. Pyydän, että jos jollakin on asiasta lisätietoa, kertoisi lisätiedot täällä foorumilla.

Antero Alku sanoi:
Liikenteen aikataulutuksen tai liikenteen talouden kannalta simuloinnilla ei ole tärkeätä merkitystä.

Kunnon väittely saatiin kuitenkin aikaiseksi! Simuloinnilla ei ole merkitystä, olet oikeassa. Mutta jos aikataulut suunnitellaan luonnottoman nopeilla kiihtyvyyksillä, pitää aikatauluihin lisätä ylimääräisiä sekunteja. Simulointia tarvitaan siihen, että konsultit saadaan luopumaan aikataulusuunnittelusta keskikiihtyvyydellä 0,9 m/s^2.

PNu · 8 Toukokuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

vompatti sanoi:
Simulointia tarvitaan siihen, että konsultit saadaan luopumaan aikataulusuunnittelusta keskikiihtyvyydellä 0,9 m/s^2.

No tosiaan. 0,9 m/s^2 vaatisi 60 t painavalta vaunulta keskimäärin 54 kN:n vetovoiman. Käytännössä enemmänkin, koska liikevastukset vievät osansa.

Vankan teho on 602 kW ja dieselkalustolla tehosta saadaan vetopyörille yleensä enintään 85 %. Jos Dm12 tähän optimiarvoon yltää niin teho vetopyörillä on 512 kW. Näin kiihtyvyyttä 0,9 m/s^2 voidaan ylläpitää peräti nopeuteen 34 km/h asti.

Puolen minuutin kiihdytyksestä nollasta sataan on siten turha edes keskustella. Sellaiseen vaadittaisiin tehoja tuplasti enemmän, kuin Vankasta löytyy.

Antero Alku · 8 Toukokuu 2006

Vs: Dm12-liikenne Tampere-Haapamäki-Seinäjoki radalla

vompatti sanoi:
Vierintävastusten muutoksista keskusteltiin joskus kauan sitten uutisryhmässä sfnet.harrastus.rautatiet. Siellä eräs veturinkuljettaja epäili, että vierintävastus saattaisi laskea junan nopeuden kasvaessa. Merkitys lienee kuitenkin pieni. Pyydän, että jos jollakin on asiasta lisätietoa, kertoisi lisätiedot täällä foorumilla.

Miten minusta tuntuu, että olen joskus vastannut tähän, mutta viestiä ei olekaan tässä?

Joka tapauksessa, tietoni mukaan rautatiekaluston vierintäkitka nousee nopeuden noustessa. Syynä on, että pyöräkerran ja telin tekemä kiemurtelu kasvaa. Pyöräkertahan hakee kaiken aikaa keskiasentoa, jossa pyörien kartiomaiset kulkukehät asettuvat saman suuruisiksi suoralla radalla.

Kun nopeuden kasvaessa kiemurtelu lisääntyy, pyöräkerta saavuttaa tilanteen, jossa kulkukehä siirtyy kohti laippaa. Tällöin kulkukehä kasvaa nopeasti ja tapahtuu vierinnän lisäksi liukumista, jossa kitka on vierintää suurempi. Nopeassa kalustossa onkin telin kiertoliikkeelle iskunvaimentimet.

Antero

ultrix · 8 Toukokuu 2006

Viestiketjun alussa Antero Alku esitti laskelmansa tuloksen, että yhteen Dm12:n pysähdykseen kuluisi vajaa minuutti. Loppuketjussa on ollut kaikenlaista insinööritason väittelyä, johon en maallikkona osaa ottaa kantaa.

Mikä olisi sitten todennäköisin minimiajankäyttö pysähdykselle, jos keskikiihtyvyys ei olekaan ihan 0,9 m/s^2? Olisiko kaksi minuuttia (tyypillinen lähiliikenteen aikatauluihin pysähdyksen viemäksi ajaksi laskettu tai mitattu aika) lähellä totuutta?

late- · 8 Toukokuu 2006

ultrix sanoi:
Mikä olisi sitten todennäköisin minimiajankäyttö pysähdykselle, jos keskikiihtyvyys ei olekaan ihan 0,9 m/s^2? Olisiko kaksi minuuttia (tyypillinen lähiliikenteen aikatauluihin pysähdyksen viemäksi ajaksi laskettu tai mitattu aika) lähellä totuutta?

Taitaa mennä dieselkalustolla filosofiaksi, kun ei ole kovin hyviä esimerkkejä ja dieselkalustostahan tässä oli kyse.

Sähkökalustolla minuuttikin riittää. Sen näkee I- ja K-junien aikatauluista aika selkeästi. Pysähdys maksaa minuutin, kun matka ei muutu. Tosin minuuttikin voi olla himpun yläkanttiin, koska Sm-yksiköitä ei ihan 1,2 m/s^2 kiihdytetä ja aikatauluissa pidetään kiinni tasaminuuteista, joita esimerkiksi metrolla ei ole.

Ensi viikolla käyn toivottavasti Ruotsissa katsastamassa duovaunun. Silloin voinee katsoa miten hyvin se kiihtyy. Duovaunu ei kuitenkaan ehkä ole aivan tehokkain mahdollinen dieseli.

vompatti · 10 Toukokuu 2006

ultrix sanoi:
Mikä olisi sitten todennäköisin minimiajankäyttö pysähdykselle, jos keskikiihtyvyys ei olekaan ihan 0,9 m/s^2? Olisiko kaksi minuuttia lähellä totuutta?

Tuo riippuu ajonopeudesta. Lyhyellä pysähdyksellä nopeudesta 120 km/h tuo kaksi minuuttia riittänee.

late- sanoi:
Ensi viikolla käyn toivottavasti Ruotsissa katsastamassa duovaunun. Silloin voinee katsoa miten hyvin se kiihtyy. Duovaunu ei kuitenkaan ehkä ole aivan tehokkain mahdollinen dieseli.

RegioCitadis-raitiovaunu on yksi tehokkaimmista kevyistä dieseljunista. Mittasitko kiihtyvyyden?

Kani · 12 Heinäkuu 2006

Sillä aikaa kun odottelemme tieteellisten laskutoimitusten edistymistä, kävin maanantaina matkustamassa kyseisellä moottorivaunulla välillä Tampere-Haapamäki. Katsoin sekuntikellosta ajat kiihdytyksille Juupajoelta ja Vilppulasta, ja tulokset tukevat sitä arviota, että Dm12 kiihtyy matkavauhtiin minuutissa.

Juupajoki: normaali kiihdytys 0-100 km/h: 60 sek.
Vilppula: rivakka kiihdytys 0-100 km/h 55 sek.

Täten siis liikennöitsijän väite, että yksi pysähdys vaatii aikatauluun 4-5 minuuttia ei pidä paikkansa. Totuus on lähempänä kahta kuin kolmea.

vompatti · 12 Heinäkuu 2006

Kani sanoi:
Sillä aikaa kun odottelemme tieteellisten laskutoimitusten edistymistä, kävin maanantaina matkustamassa kyseisellä moottorivaunulla välillä Tampere-Haapamäki. Katsoin sekuntikellosta ajat kiihdytyksille Juupajoelta ja Vilppulasta, ja tulokset tukevat sitä arviota, että Dm12 kiihtyy matkavauhtiin minuutissa.

Tieteelliset laskutoimitukset eivät etene ilman mittaustuloksia tai ilman uutta väitöstä siitä, että esitetyt laskutoimitukset olisivat virheellisiä. Fysiikka on kokeellinen tiede; teoria pitää todistaa oikeaksi mittauksilla. Ensimmäistä kertaa mittausdataa julkaistaan tällä foorumilla, kiitokset siitä Kanille.

Matkustajien tekemissä mittauksissa on omat ongelmansa. Me emme tiedä, kiihdyttikö juna täydellä teholla vai ei. Lisäksi en tiedä, oliko kiihdytysmatkalla ylämäki (ehkä joku muu tietää). Kahdella vankalla pitäisi saada suurempi kiihtyvyys kuin yhdellä. Montako vankkaa nyt oli yhteenkytkettynä? Entä miten täyteen vaunut oli ahdettu?

Eräs toinen foorumin jäsen on mitannut kahden yhteenkytketyn vankan kiihtyvyyden välillä Orivesi-Tampere, ja muistaakseni sai yli 70 sekunnin arvon. Valitettavasti näitä mittaustuloksia ei ole julkaistu ainakaan tällä foorumilla.

ultrix · 12 Heinäkuu 2006

vompatti sanoi:
Eräs toinen foorumin jäsen on mitannut kahden yhteenkytketyn vankan kiihtyvyyden välillä Orivesi-Tampere, ja muistaakseni sai yli 70 sekunnin arvon. Valitettavasti näitä mittaustuloksia ei ole julkaistu ainakaan tällä foorumilla.

Tuohon pitempään arvoon saattaa vaikuttaa kuljettajan "kaasujalka", tai se seikka, että Orivedellä saattaa olla poikkeavia vaihteita, joiden kautta juna kulkee, tai muuten Sn 35 lähtöopastimilta seuraavalle opastimelle. En tiedä tosin.

Antero Alku · 13 Heinäkuu 2006

vompatti sanoi:
Kahdella vankalla pitäisi saada suurempi kiihtyvyys kuin yhdellä. Montako vankkaa nyt oli yhteenkytkettynä? Entä miten täyteen vaunut oli ahdettu?

Millä perusteella kaksi kiihtyy paremmin kuin yksi? Teho tuplaantuu, mutta niin tuplaantuu kiihdytettävä massakin. Ilmanvastuskerroin ei tuplaannu, mutta ilmanvastuksen merkitys taitaa olla aika pieni suhteessa massaan.

55 sekuntia ja 100 km/h on 0,51 m/s2. Ei ole järisyttävä arvo. Mutta tarpeeksi hyvä osoittamaan VR Oy:n viralliset väittämät pysähdykseen kuluvasta ajasta hölynpölyksi. Itse hidastus ja kiihdytys tuolla kiihtyvyydellä on 55 sekuntia pidempi aika kuin jos ajettaisiin pysähtymättä 100 km/h. Jos seistään puoli minuuttia, yksi pysähdys hidastaa aikataulua 1,5 minuuttia vähän pyöristettynä. Ei ihan lähelläkään 4-5 minuuttia.

Nyt siis tiedetään, että Dm12 pystyy ainakin tähän. Jos ja kun tuo oli normaalia linja-ajoa, ei esim. aikataulun kiinni ottamista, niin tuo tuskin oli vielä maksimikiihtyvyys. Ja hidastushan on aina tehtävissä nopeammin kuin kiihdytys, sillä jarrulaitteilla on aina pystyttävä huomattavasti suurempiin nopeuden muutoksiin kuin mihin kiihdytystehot riittävät. Toisin sanoen, Dm12:n yksi pysähdys hidastaa aikataulua ENINTÄÄN 1,5 minuuttia.

Antero

Kani · 13 Heinäkuu 2006

vompatti sanoi:
Me emme tiedä, kiihdyttikö juna täydellä teholla vai ei. Lisäksi en tiedä, oliko kiihdytysmatkalla ylämäki (ehkä joku muu tietää). Kahdella vankalla pitäisi saada suurempi kiihtyvyys kuin yhdellä. Montako vankkaa nyt oli yhteenkytkettynä? Entä miten täyteen vaunut oli ahdettu?

Kaikki oli noissa mittauksissa niin normaalia kuin mahdollista, tai korkeintaan hieman kiihtyvyyttä hidastavaa, kuten se, että junassa oli varsin paljon matkustajia, sanoisin että paikoista 75% oli käytössä. Hitaampi tulos syntyi vähän rauhallisemmalla kaasun käytöllä kuin nopeampi, jossa tuntui olevan lähes täysteho käytössä. Radan kaltevuuksista ko. liikennepaikoilla en tiedä, mutta tuskin kovin suuri kumpaankaan suuntaan.

Joka tapauksessa 4-5 minuutin teoria vaatisi, että kiihdytykseen olisi kulunut ainakin kaksi minuuttia.