DB Systemtechnik GmbH a analizat, pe baza simulărilor și a încercărilor la scară reală, efectul mișcării lichidelor din cisterne asupra siguranței la deraiere a vehiculelor feroviare. Concluzia proiectului, finanțat de Centrul German pentru Cercetarea Transportului Feroviar (DZSF), este că pereții antibalans (Schwallwände) nu sunt necesari din punct de vedere al dinamicii vehiculului în transportul feroviar, în timp ce pentru transportul rutier rămân indispensabili.
Proiectul „Simulationsgestützte Untersuchungen zum Schwallverhalten in Tanks” a fost prezentat în numărul din iulie–august 2026 al revistei ETR – Eisenbahntechnische Rundschau, de către specialiștii DB Systemtechnik Clemens Höppe, Denis Ehrhardt, Simon Stüwe și Michael Hieke. Punctul de plecare l-a reprezentat reglementarea din RID (anexa C la COTIF), potrivit căreia containerele-cisternă cu un volum de peste 7,5 m³ trebuie echipate cu pereți antibalans dacă sunt transportate cu grade de umplere între 20 și 80 %. Vagoanele-cisternă din transportul feroviar de mărfuri sunt însă exceptate de la această restricție și pot circula la orice grad de umplere, indiferent de capacitate. Autorii notează că originea regulii pentru containerele-cisternă este neclară, iar clarificarea a devenit necesară mai ales în cazul containerelor-cisternă de mari dimensiuni utilizate în transportul feroviar de mărfuri care nu sunt destinate traficului intermodal.
Pentru simularea dinamicii vehiculului a fost construit, în programul de simulare multicorp SIMPACK, un model parametric de vagon cu boghiuri Y25, în care se pot modifica distanța dintre boghiuri, dimensiunile cisternei și poziția containerului pe vagonul port-container. Mișcarea lichidului a fost modelată prin trei metode: modelul simplificat de tip pendul sau masă–arc integrat în simularea multicorp, metoda VOF (Volume of Fluid) din programele CFD comerciale și metoda SPH (Smooth Particle Hydrodynamics), care tratează lichidul ca pe un curent de particule. Analizele au arătat că accelerațiile care acționează asupra cisternei în traficul feroviar depind în principal de traseu și de viteza vehiculului și doar în mică măsură de lichidul pus în mișcare, ceea ce a permis o simulare secvențială în trei etape: calculul accelerațiilor cu lichid considerat rigid, calculul forțelor de balans prin VOF sau SPH, apoi o nouă simulare a vehiculului cu forțele de balans incluse.
Modelele au fost validate prin încercări la scară 1:1 pe poligonul DB Systemtechnik de la Minden, cu apă drept fluid. Un container-cisternă de 45 de picioare a fost testat la parcurgerea unei curbe în S strânse, pentru comportamentul transversal, și la încercări de tamponare, pentru cel longitudinal, în care un vagon de 80 de tone pentru mărfuri vrac, lansat de pe o rampă, lovea cu viteză mică vehiculul de încercare. Pentru a evalua efectul pereților antibalans au fost folosite și două containere de 26 de picioare, dintre care unul echipat cu astfel de pereți. Campania a însumat 54 de canale de măsurare pentru forțe la roți, accelerații, timbre tensometrice și senzori de presiune în cisternă. Rezultatele au arătat o bună concordanță cu simulările: modelul simplu masă–arc sau pendul descrie suficient de exact comportamentul cisternelor fără pereți antibalans și este potrivit pentru variații de parametri pe scară largă, în timp ce pentru cisternele cu pereți antibalans doar metoda SPH a oferit precizie suficientă la un timp de calcul acceptabil.
Studiul parametric a variat gradul de umplere, densitatea și vâscozitatea lichidului, lungimea și volumul cisternei, distanța dintre boghiuri, viteza, poziția containerului pe vagon și, pentru dinamica transversală, geometria schimbătorului de cale (raza și lungimea aliniamentului intermediar). Au fost urmărite descărcarea roților, forța transversală a osiei montate, coeficienții de deraiere conform EN 14363, forțele din tampoane și cele dintre container și șasiu. Scenariile alese au indus o excitare puternică a conținutului: un dublu schimb de cale pentru direcția transversală, similar intrării și ieșirii unui tren de marfă din stație, și un șoc de tamponare pentru direcția longitudinală, ca la formarea trenurilor. Rezultatul este că, în spațiul de parametri investigat, nu au apărut stări de rulare critice, valorile analizate rămânând clar sub limită. Echipa a elaborat și o matrice de coeficienți, obținută prin regresie pătratică, pentru estimări rapide, precizând însă că aceasta nu înlocuiește simularea detaliată. Pe această bază, autorii consideră posibilă ridicarea restricției privind gradul de umplere prevăzută de RID pentru containerele-cisternă în transportul feroviar.
În transportul rutier, situația este diferită. Simulările unor scenarii prevăzute de reglementări, precum frânarea și manevra de depășire, au arătat un balans mult mai pronunțat la grade medii de umplere, din cauza accelerațiilor mai mari și a schimbărilor de direcție mai frecvente. În cazul frânării, pereții antibalans reduc semnificativ forțele longitudinale și stabilizează comportamentul camionului, motiv pentru care autorii îi consideră de neînlocuit în traficul rutier.
Foto&info – DB Systemtechnik
