Eksploatacja (użytkowanie i utrzymanie) taboru tramwajowego

Od 2015 roku w Polsce funkcjonuje szesnaście systemów tramwajowych — najmłodsza miejska sieć została uruchomiona 19 grudnia 2015 roku w Olsztynie. Dziesięć z nich ma szerokość toru typową dla kolei (1435 mm), a pięć — 1000 mm. Polska jest drugim krajem w Unii Europejskiej pod względem długości sieci tramwajowej, ustępując jedynie Niemcom.

Tramwaje cechują się najniższymi kosztami eksploatacji spośród wszystkich środków transportu publicznego (kolej ciężka, kolej lekka, metro, autobusy), jeśli uwzględni się cały cykl życia pojazdów i infrastruktury. Są również jednym z najbardziej ekologicznych środków transportu zbiorowego. Dzięki napędowi elektrycznemu nie emitują spalin, co przekłada się na poprawę jakości powietrza w miastach. Ponadto są wygodne i umożliwiają przewóz dużej liczby pasażerów, zmniejszając tym samym zatłoczenie na drogach i poprawiając płynność ruchu miejskiego.

Wiele miast na całym świecie posiada rozbudowane sieci tramwajowe, odgrywające kluczową rolę w ich systemach transportu publicznego. Przykłady to: Wiedeń, Berlin, Bordeaux, Praga, Warszawa, Kraków, Gdańsk.

Użytkowanie tramwajów

Wykorzystanie tramwajów w miastach cechuje się elementami, które wpływają na ich funkcjonalność, efektywność i żywotność. Wśród nich wyróżnić można następujące aspekty:

Napęd elektryczny: Tramwaje są zasilane energią elektryczną, co czyni je bardziej ekologicznymi w porównaniu do pojazdów spalinowych. Napęd we współczesnych pojazdach realizują elektryczne silniki trakcyjne zabudowane w wózkach napędnych. W starego typu tramwajach stosowane są silniki trakcyjne prądu stałego, w nowoczesnych wykorzystuje się najczęściej asynchroniczne (indukcyjne) silniki trójfazowego prądu przemiennego. Moment obrotowy przenoszony jest z silnika na jednostopniową przekładnię, a z niej na oś zestawu kołowego.

Integracja z ruchem ulicznym: Tramwaje poruszają się po torach wbudowanych w jezdnię, co umożliwia ich integrację z innymi środkami transportu miejskiego. Takie rozwiązanie stanowi kluczowy element nowoczesnych systemów komunikacyjnych w miastach. Integracja z ruchem ulicznym polega na harmonijnym współdziałaniu tramwajów z innymi uczestnikami ruchu drogowego, co pozwala na efektywne wykorzystanie przestrzeni miejskiej, a także poprawia płynność ruchu.

Główne aspekty integracji tramwajów z ruchem ulicznym [1, 2]:

• Sygnalizacja świetlna – tramwaje często korzystają z priorytetowych sygnalizacji świetlnych, które pozwalają im na szybsze przemieszczanie się przez skrzyżowania.
• Wydzielone pasy ruchu – w wielu miastach tramwaje poruszają się po wydzielonych pasach, co minimalizuje kolizje z innymi pojazdami, a także zwiększa ich punktualność.
• Bezpieczeństwo  – integracja systemów bezpieczeństwa, takich jak monitoring i automatyczne systemy ostrzegania, pomaga w redukcji wypadków i poprawie bezpieczeństwa pasażerów.
• Inteligentne systemy transportowe (ITS)  – wykorzystanie nowoczesnych technologii, takich jak systemy zarządzania ruchem i informacja dla pasażerów, zwiększa efektywność i komfort podróży.

Różnorodność taboru: Różnorodność taboru tramwajowego jest równie imponująca jak w przypadku kolei. Pojazdy różnią się pod względem konstrukcji, technologii napędu oraz przeznaczenia. W miastach na całym świecie można spotkać zarówno klasyczne, dwuwagonowe tramwaje, jak i nowoczesne, wieloczłonowe pojazdy niskopodłogowe, które zapewniają łatwy dostęp dla osób z ograniczoną mobilnością (fot. 1).

Zasilanie

Tramwaje mogą być zasilane z różnych źródeł, w tym tradycyjnych linii napowietrznych, a także nowoczesnych systemów bezprzewodowych, takich jak zasilanie z toru lub baterie. W niektórych miastach, takich jak Bordeaux we Francji (przywrócenie sieci tramwajowej  w 2003 r.), stosuje się innowacyjne rozwiązania (zasilanie z trzeciej szyny, jak w metrze – fot. 2), które eliminują konieczność instalacji linii napowietrznych w historycznych centrach miast. W pozostałej część metropolii Bordeaux tramwaj zasilany jest z napowietrznej sieci trakcyjnej.

Różnorodność taboru pozwala na dostosowanie pojazdów do specyficznych warunków miejskich i potrzeb pasażerów. Wąskotorowe tramwaje są idealne do poruszania się po wąskich uliczkach starych miast (jakkolwiek w Polsce skrajnia taborowa jest niezależna od rozstawu szyn), podczas gdy szerokotorowe, nowoczesne tramwaje mogą przewozić większą liczbę pasażerów na głównych trasach komunikacyjnych – np. tramwaj typu Citadis o długości 44 m w Bordeaux może pomieścić do 300 pasażerów, czyli trzykrotnie więcej niż autobus, lub Pesa 2014N „Krakowiak”, posiadający długość 42,8m i 322 miejsca. Dzięki tej różnorodności, tramwaje stanowią efektywny i ekologiczny środek transportu miejskiego, przyczyniając się do zmniejszenia zanieczyszczenia powietrza i poprawy jakości życia w miastach [3].

Zdolność przewozowa: Tramwaj funkcjonuje jako środek transportu publicznego od ponad 200 lat, a z napędem elektrycznym — od 130. Jest, zaraz po autobusie miejskim, jednym z najbardziej rozpowszechnionych środków komunikacji w miastach. Jego zdolność przewozowa zależy od możliwości zastosowania największych wagonów w ramach istniejącej infrastruktury (m.in. długości przystanków) oraz od częstotliwości kursowania na danym odcinku.

Jako istotny element transportu zbiorowego, tramwaj potrafi przewieźć dużą liczbę pasażerów, co ma szczególne znaczenie w godzinach szczytu w dużych aglomeracjach. Liczba osób, jaką może przewieźć w określonym czasie, stanowi jeden z jego kluczowych atutów. Tramwaje są w stanie transportować od 3000 do 11 000 pasażerów na godzinę w jednym kierunku, co czyni je bardzo efektywnym środkiem transportu w porównaniu do autobusów.[4, 5].

Efektywność ekonomiczna: Koszty eksploatacji tramwajów są stosunkowo niskie, zwłaszcza w porównaniu do autobusów, co czyni je atrakcyjnym środkiem transportu publicznego. Stawka za wozokilometr, określająca koszty eksploatacji pojazdów (bez infrastruktury) wynosi obecnie ok. 25 zł dla tramwaju niskopodłogowego typu PESA Twist.

Sama eksploatacja tramwajów to złożone zagadnienie, obejmujące wiele różnych aspektów. Kluczowe znaczenie ma utrzymanie infrastruktury tramwajowej, w tym regularna konserwacja torowisk, które muszą pozostawać w dobrym stanie technicznym, aby zapewnić bezpieczne, a także płynne przejazdy. Modernizacja, wymiana zużytych elementów oraz bieżące naprawy również generują istotne koszty.

Nie mniej ważne jest właściwe utrzymanie taboru — regularne przeglądy i remonty są niezbędne, by pojazdy mogły być eksploatowane przez zakładany okres, wynoszący co najmniej 25–30 lat, przy czym przy właściwym systemie utrzymania może on wynosić 40 lat.

Zużycie energii elektrycznej: Tramwaje są zasilane energią eklektyczną, co wiąże się z wysokimi kosztami zakupu energii. Dodatkowo, utrzymanie sieci trakcyjnej, która dostarcza prąd do tramwajów, wymaga regularnych przeglądów i napraw, co również generuje pewne nakłady finansowe. Energia eklektyczna konieczna jest także w celu zaspokojenia potrzeb energetycznych związanych z utrzymaniem innych odbiorników energii: klimatyzacji, oświetlenia pojazdu, urządzeń informacji pasażerskiej w pojazdach i na przystankach, biletomatów, bramek dostępu na przystankach (fot. 3).

Personel: to kolejny znaczący koszt. Zatrudnienie motorniczych, którzy prowadzą tramwaje, konduktorów, którzy dbają o bezpieczeństwo pasażerów, oraz pracowników obsługi technicznej, którzy zajmują się utrzymaniem, a także naprawami, stanowi dużą część budżetu przeznaczonego na eksploatację tramwajów. (fot. 4).

Wpływ na urbanizację: Rozbudowa sieci tramwajowej może znacząco przyczynić się do rozwoju urbanistycznego, ułatwiając dostęp do różnych części miasta. Tramwaje odegrały kluczową rolę w procesie urbanizacji, szczególnie w miastach rozwijających się na przełomie XIX i XX wieku. Umożliwiały szybkie i efektywne przemieszczanie się mieszkańców na większe odległości, co sprzyjało rozwojowi przedmieść oraz ekspansji miejskiej.

Dzięki tramwajom możliwe było lepsze połączenie różnych obszarów miasta, co z kolei wspierało wzrost gospodarczy i rozwój społeczny.

Warunki środowiskowe użytkowania tramwajów: Wykorzystanie tramwajów w miastach wpływa na środowisko naturalne poprzez emisję hałasu, wibracji oraz zanieczyszczeń powietrza. Podczas jazdy i hamowania tramwaje generują głośne dźwięki, które mogą zakłócać spokój mieszkańców. Dodatkowo proces hamowania może powodować emisję pyłu i innych substancji do powietrza. Poprzez właściwe utrzymanie infrastruktury (np. reprofilacja szyn) i taboru znacząco te szkodliwe czynniki ograniczamy.

Z drugiej strony, miejska i przemysłowa atmosfera oddziałuje negatywnie na trwałość tramwajów. Uszkodzenia korozyjne są powszechne i wynikają z działania czynników środowiskowych, takich jak wilgoć, sole, agresywne związki chemiczne pochodzące z kwaśnych deszczy, niewłaściwe środki myjące, drgania oraz prądy błądzące. Niekontrolowana korozja może prowadzić do powstawania pęknięć i zmniejszenia przekroju elementów nośnych, co osłabia konstrukcję tramwaju i może skutkować awariami.

Badania autorów przeprowadzone na produktach korozji pobranych z elementów konstrukcji nośnej tramwajów (fot. 5 i rys. 1) wykazały obecność dużych ilości wapnia, siarki (0,2–2,2% masy) oraz chloru (0,4–24,0% masy). Chlor i siarka przyspieszają niszczenie organicznych powłok malarskich oraz powodują korozję podpowłokową elementów stalowych. Wapń i chlor pochodzą prawdopodobnie z soli drogowej (CaCl₂), natomiast siarka — z opadów kwaśnego deszczu oraz, dodatkowo, z niewłaściwie dobranych środków czyszczących.

Utrzymanie taboru tramwajowego

Tramwaje muszą przechodzić regularne badania i przeglądy techniczne, aby zapewnić ich niezawodność i bezpieczeństwo. Wymiana części eksploatacyjnych, takich jak obręcze kół, wstawki hamulcowe czy nakładki stykowe pantografów, jest niezbędna, aby tramwaje mogły działać bezawaryjnie. Naprawy po awariach czy wypadkach również są kosztowne, ale konieczne dla utrzymania taboru w dobrym stanie.

Tabor tramwajowy może być eksploatowany przez co najmniej 25-30 lat, pod warunkiem właściwego systemu utrzymania przez przedsiębiorstwa komunikacyjne.

Obsługiwanie zgodnie z teorią eksploatacji [6] to utrzymywanie obiektu w stanie zdatności oraz przywracanie obiektowi technicznemu wymaganych właściwości funkcjonalnych przez przeglądy, regulacje, konserwację, naprawy i remonty.

Obsługa pojazdu szynowego to ogół czynności technicznych i organizacyjnych, których celem jest [7]:

• zaopatrzenie pojazdów w materiały eksploatacyjne,
• identyfikacja stanu technicznego pojazdu,
• dokonanie czynności regulacyjnych w jego zespołach,
• ograniczenie intensywności zużycia elementów pojazdu,
• przywrócenie możliwości użytkowania pojazdu poprzez naprawę lub wymianę jego elementów składowych.

Utrzymanie jest pojęciem szerszym od obsługiwania, a w przypadku pojazdów szynowych do utrzymania należy zaliczyć procesy i koszty [7]:

• związane ze spełnieniem formalno-prawnych uwarunkowań użytkowania pojazdów, np. dopuszczenie pojazdu do ruchu, ubezpieczenie,
• zapewnienia dostępu do linii,
• organizacji zaopatrzenia w materiały eksploatacyjne,
• zapewnienia poboru energii elektrycznej na cele trakcyjne,
• zaopatrzenia zaplecza technicznego operatora w części zamienne,
• obsługi wykonywanej przez służby operatora pojazdu,
• organizacji oraz finansowania przetargów w celu wyboru wykonawcy obsług realizowanych przez podmioty zewnętrzne.

Okresowe badanie techniczne tramwaju przeprowadza się zgodnie z [8]:

• po pięciu latach od dnia przekazania nowego tramwaju do eksploatacji – pierwsze,
• po ośmiu latach od dnia przekazania nowego tramwaju do eksploatacji – drugie,
• po dwóch latach od przeprowadzenia poprzedniego badania – każde następne.

Okresowe badanie techniczne tramwaju obejmuje sprawdzenie i ocenę prawidłowości działania poszczególnych zespołów i układów tramwaju, w szczególności pod względem bezpieczeństwa jazdy i ochrony środowiska. Badania techniczne tramwajów i trolejbusów polegają również na sprawdzeniu, czy pojazdy te odpowiadają warunkom technicznym określonym w ustawie prawo o ruchu drogowym oraz w przepisach o warunkach technicznych tramwajów i trolejbusów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia [9].

Badania techniczne tramwaju wykonują jednostki badawcze określone w rozporządzeniu przy użyciu przyrządów i narzędzi określonych w załączniku nr 4 do rozporządzenia.

Zgodnie z wymaganiami stawianymi obecnie przez zamawiających w Polsce w Specyfikacji Istotnych Warunkach Zamówienia (SIWS), ze względu na trwałość pojazdu, użyte materiały i fabryczne zabezpieczenia antykorozyjne muszą zapewniać 5-12-letnią eksploatację tramwaju bez ujawnienia się ognisk korozji i zmian powłoki lakierniczej. Tramwaj musi być zbudowany tak, aby charakteryzował się możliwością osiągnięcia minimum 2,0-2,4 mln km przebiegu w założonym okresie eksploatacji 25-30 lat. Producent udziela zwykle pełnej gwarancji na cały tramwaj na okres 3 lat.

Powłoki lakiernicze nadwozia muszą charakteryzować się:

• warstwą podkładową farby epoksydowej o grubości 60-80 µm,
• warstwą nawierzchniową farby poliuretanowej o grubości 60-80 µm,
• całkowitą grubością powłoki lakierniczej mierzoną na sucho min. 130 µm,
• trwałą spójnością warstw oraz dobrą przyczepnością do podłoża,
• niezmiennością odcienia koloru w czasie,
• dużą gładkością powierzchni,
• wysoką odpornością na promienie UV i czynniki chemiczne, w tym środki myjące,
• wysoką odpornością na ścieranie i mechaniczne uszkodzenia, z uwzględnieniem mycia  w myjni mechanicznej,
• posiadaniem powłoki „antygraffiti”.

Cykl przeglądowo-naprawczy dla tramwajów różni się w stosunku do pojazdów kolejowych zarówno co do metodyki, jak i nazewnictwa.

Obsługa wagonu tramwajowego wymaga zgodnie z Dokumentacją Techniczno-Ruchową (DTR) pojazdu  codziennej obsługi technicznej (OC) i okresowego dokonywania przeglądów – obsługi technicznej (OT) – wszystkie te czynności wykonywane są w macierzystej zajezdni. OT-1 wykonuje się zwykle co miesiąc (5 000-8 000 km), a obsługę techniczną rozszerzoną (oznaczenie OT-# lub PR) co dwa lata (ok. 140 000 km).

Jednak raz na ok. 8-10 lat każdy pojazd musi być skierowany do zakładu naprawy na remont bieżący (naprawę małą) lub remont kapitalny (naprawę kapitalną/główną). Cykl napraw tramwajów dzieli się na naprawę małą i kapitalną  zgodnie z tabl. 1.

Tablica 1. Cykle naprawcze tramwajów

Symbol	Rodzaj naprawy	Cykl (lata)*	Przebieg (km)*
NM	Naprawa mała	co 10 lat	500 000 – 800 000
NK	Naprawa kapitalna	co 15 lat	900 000 – 1 200 000

* w zależności co wystąpi wcześniej

Ogólny zakres prac podczas naprawy małej i kapitalnej tramwaju przedstawiono w tabl. 2. Szczegółowy zakres prac dla danego typu tramwaju zamieszczony jest w DTR pojazdu.

Tablica 2. Zakres prac podczas naprawy małej i kapitalnej nadwozia tramwaju

Lp.	Rodzaj prac	NM	NK
1.	Czyszczenie pojazdu z zewnątrz	X	X
2.	Czyszczenie wnętrza pojazdu	X	X
3.	Demontaż urządzeń elektrycznych		X
4.	Demontaż nadwozia z wózków	X	X
5.	Rozłączanie przejść międzyczłonowych	X	X
6.	Demontaż urządzeń z zewnątrz i we wnętrzu pojazdu	X	X
7.	Przegląd i naprawa pojazdu z zewnątrz	X
8.	Przegląd i naprawa wnętrza pojazdu	X
9.	Przegląd i naprawa nadwozia		X
10.	Przegląd i naprawa urządzeń	X	X
11.	Napraw urządzeń nadwozia	X	X
12.	Malowanie elementów tramwaju	X
13.	Malowanie kompletne		X
14.	Montaż elementów	X	X
15.	Kontrola i odbiór	X	X

 

Podsumowanie

Kluczowym zagadnieniem w zapewnieniu zakładanej żywotności tramwaju pomiędzy przeglądami i naprawami jest zastosowanie wysokiej jakości materiałów w elementach narażonych na zużycie, takich jak obręcze kół, wstawki hamulcowe oraz powłoki malarskie chroniące konstrukcję nośną i poszycie pojazdu przed korozją. Z tego względu w kolejnym artykule autorzy zamierzają przedstawić materiały wykorzystywane w budowie tramwajów oraz systemy ich zabezpieczeń antykorozyjnych.

Autorzy:

prof. dr hab. inż. Janusz Ćwiek,
prof. dr hab. inż. Jarosław Konieczny
prof. dr hab. inż. Krzysztof Labisz,
Wydział Transportu i Inżynierii Lotniczej, Politechnika Śląska

 

Literatura:

1. Nowotyńska I., Kut S.: Nowoczesne systemy transportowe w komunikacji miejskiej. Logistyka, Autobusy, 12/2016
2. Dźwigoń W., Franek Ł.: Zbiorowy transport publiczny w zintegrowanym systemie bezpieczeństwa ruchu drogowego, Transport miejski i regionalny 04/2010
3. Górnikiewicz W.: Transport tramwajowy w Polsce – funkcjonowanie i organizacja. Urban Development Issues 66 (1)/2020
4. https://www.rynek-kolejowy.pl/wiadomosci/tramwaj-czy-autobus-39595.html
5. Magiera T.: Analiza porównawcza miejskich kolei linowych ze środkami transportu publicznego. Transport miejski i regionalny 07/2019
6. Legutko S.: Eksploatacja maszyn. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2007
7. Sowa A.: Teoria eksploatacji i diagnostyka pojazdów szynowych. Zagadnienia wybrane. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 2019
8. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 28 stycznia 2011 r. (tekst jednolity z dnia 13 sierpnia 2021 r.) w sprawie zakresu, warunków, terminów i sposobu przeprowadzania badań technicznych tramwajów i trolejbusów oraz jednostek wykonujących te badania
9. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 2 marca 2011 r. w sprawie warunków technicznych tramwajów i trolejbusów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia