A nagy motorkocsi dilemma: Mechanikus vagy elektromos erőátvitel?
Manapság nem biztos, hogy találkozunk mechanikus erőátvitellel bíró motorkocsikkal – hacsak nem kisvasúti mozdonyokat, vagy éppen a Gyermekvasúton nem utazik az eredetileg Lillafüreden szolgált motorkocsival… -, de az, hogy az elektromos erőátvitel a jobb megoldás, korántsem volt olyan egyértelmű azokban az időkben, amikor a motorkocsik nagy számban elterjedtek.
Borítóképen: MÁV BCymot 470 (amit 1932-től gyártottak Ganz VI JmR 150 (11 LE) dízelmotorral, majd Ganz VI JaR 135/185 (120 LE) motorral) két darab mellékkocsival – a probléma megoldása!
És ez egyébként ma sem feltétlenül egyértelmű, ugyanis vannak olyan felhasználási területek, amelyeknél még mindig a mechanikus erőátvitel a jobb megoldás. De ne rohanjunk ennyire előre, előbb megmutatjuk egy korábbi cikkünkben a bevezetőben említett lillafüredi motorkocsit (és társait):
A téma annyira friss volt, és annyira foglalkoztatta kora szakembereit, hogy a szaksajtóban nyílt vita bontakozott ki az ügyben. Az érvek és ellenérvek felsorakoztatói bizony nem akárkik voltak, ugyanis egyik oldalról Zámor Ferenc, a Ganz és Tsa. Danubius Rt. igazgatója, később az Árpád sínautóbusz tervezési vezetője, a másik oldalról pedig Sármezey Endre (magyar királyi főtanácsos), aki ACsEV (Aradi és Csanádi Egyesült Vasutak) vezérigazgatója volt, és aki az 1900-as évek elején azon munkálkodott, hogy az Alföldi Első Gazdasági Vasútnál (AEGV) leváltsa az addig alkalmazott vegyesvonati rendszert, és a személyszállítást motorvonatokkal végezzék.
Márpedig Zámor Ferenc Árpád sínautóbuszának, illetve a legkorábbi motorvonatokat bevezető Sármezey Endre sikere sem megkérdőjelezhető!
Így természetesen szakértelmüket sem érheti szó, annál érdekesebb, hogy az erőátvitelt illetően mennyire eltérő véleményen voltak! Látni kell, hogy a két szakember nézőpontja merőben eltérő volt, hiszen egyikük a gyártói oldalt képviselte, míg másikuk az üzemeltetés terén volt érdekelt. Ez már önmagában is okot ad arra, hogy másként lássák a dolgokat, de ebben az esetben valódi szakmai vita alakult ki, ami nem feltétlenül érdekérvényesítés volt – de az is!
Nézzük előbb a gyártó szempontjából vizsgálódó Zámor Ferenc okfejtését! Nos, egy kisebb kitekintéssel kezdi mondanivalóját, melyben megemlíti, hogy a motorvonatok a vegyesvonati rendszerek után nyertek polgárjogot, amikor különválasztották a személy- és áruszállítást.
Azt is kifejti – ahogy ez igaz is volt -, hogy a gőzmotorkocsik olcsóbban üzemeltethetők voltak, mint a gőzmozdonyos szerelvényekkel biztosított üzem, de az erőforrások terén a belsőégésű motorok alkalmazását tartja a legjobbnak.
Akkor kerültek képbe a dízelmotorok, és mi tudjuk, hogy alig pár év múlva – a Jendrassik motoroknak hála! – a dízelüzem tarol majd!
A mechanikus és az elektromos erőátvitel mindig is létezett egymás mellett, de korábban inkább az elektromos rendszerek voltak elterjedtek. Ugyanakkor az akkori időkben a közúti járműveknél bekövetkezett fejlődés lehetőséget biztosított arra, hogy a korábbiaknál sokkal megbízhatóbb, az elektromos hajtással sokkal versenyképesebb mechanikus erőátviteli rendszerekkel szereljék fel a motorkocsikat is.
Elsőre azt gondolnánk, hogy az elektromos erőátvitel fejlettebb rendszer, de látni kell, hogy valójában párhuzamosan fejlődött a két megoldás, így valójában inkább a felhasználás és annak körülményei a meghatározók annak tekintetében, hogy melyiket alkalmazzák.
Csak egy példa: akkoriban Magyar királyi Államvasutaknál és a Győr-Sopron-Ebenfurti Vasutaknál kéttengelyes szabványosított kocsiszerkezetbe szerelt dízel-elektromos hajtás súlya 4,2 tonna volt, míg a dízel-mechanikus hajtás mindössze 1,2 tonna volt. Ennek következtében a dízel-elektromos kocsi önsúlya 20,5 tonna volt, ami viszont annyit jelentett, hogy a 9,3-10,3 tonna maximális tengelyterhelésre méretezett kisforgalmú mellékvonalakon hasznos súlyt nem szállíthatott, míg a dízel-mechanikus változat 17,5 tonnás önsúlya mellett további 3 tonna hasznos terhet is szállíthatott.
Igen, az önsúly, azon belül is a holtsúly különösen fontos volt motorvonatoknál – különösen a kisebb forgalmú, keskeny nyomtávú mellékvonali viszonylatokon!
A Ganz – hogy azt majd később az Árpád sínautóbusz, a Hargita motorvonat, illetve a könnyűszerkezetes vasúti kocsik is bizonyították! – igen komoly hangsúlyt fektetett a holtsúly csökkentésére. Nem csoda, hogy Zámor Ferenc mechanikus erőátvitel melletti érvelése is kiemelt figyelemmel volt a holtsúlyra, és elsőként ebből szemszögből vizsgálta a kérdést.
De ez nem minden! Véleménye szerint ugyanis a mechanikus erőátvitel hatásfoka jobb volt, mint a villamos erőátvitelé. Nézzük a részleteket! Íme, az állítások:
- „Az elektromos erőátvitelnél a dynamó hatásfoka 90%, a motoré 92%, ez utóbbi fogaskerék átvitelének hatásfoka 95% és hozzájárul a veszteségekhez a motorkompressor erőszükséglete kb. 4%-al, úgyhogy a teljes elektromos erőátviteli rendszer hatásfoka 75-78%-ot tehet ki.
- A mechanikus erőátvitelnél a sebességváltó hatásfoka 93%, az irányváltó hatásfoka 95% és a légkompressor és világítódynamó erőszükségletéből származó veszteség 5%, úgyhogy az egész mechanikus erőátviteli rendszer hatásfoka 85-87%.”
A lényeg: az villamos rendszer 75-78 százalékos hatásfokával szemben a mechanikus átvitel hatásfoka Zámor szerint 85-87 százalék!
A két rendszerrel elérhető vonóerőket illetően természetesen voltak jelentős különbségek, és ezt Zámor Ferenc is pontosan tudta, sőt, a vonóerők leadásának különbségére készített egy ábrát is:
Mint látható, az elektromos erőátvitel esetén az egy jól kiszámítható, folytatólagos görbe adódott, míg a mechanikus erőátvitel esetében egy lépcsőzetes görbe rajzolódott ki. Ez természetes, hiszen az erőfolyam nem folyamatos, hiszen a sebességfokozatok váltásánál megszakad a kapcsolat, hogy aztán egy másik fokozat kapcsolódjon be a hajtásba.
A Ganz és Tsa. Danubius Rt. igazgatója ezzel kapcsolatban arra jutott, hogy az egyes fokozatok közötti váltás időtartama olyan kevés időt emészt fel, hogy nem jelent komoly különbséget, és ez a különbség annál kisebb, minél nagyobb emelkedésben következik be a gyorsítás, ugyanis ezek a váltások időtartama állandó, így a hosszabb kigyorsítások esetén a dízel-mechanikus hajtás jobb hatásfoka érvényesül, és végső soron jobb eredményt mutat.
De mi a jobb hatásfok ok? Erre ugyanis még nem kaptunk választ. Nos, a Ganz szakembere szerint az ok elég egyszerű:
„Az elektromos erőátvitel fogaskerékáttételének roszszabb hatásfoka a két fogaskerék áttevéssel dolgozó mechanikus sebességváltó 93%-os hatásfokával szemben onnan ered, hogy az elektromos erőátvitel fogaskerékáttétele igen kedvezőtlen, amivel szemben a mechanikus erőátvitel fogaskerékáttételei nem érik el az 1:2 viszonyt.”
A különbséget másképp is megfogalmazta:
„A mechanikus átvitelű motorkocsinál – a valamivel rövidebb menetidő ellenére is, – kisebb (75.2 LE óra) teljesítmény szükséges, mint az elektromos átvitelű kocsinál (87.6 LE óra, azaz 18%-al több). Ezen többletmunka tüzelőanyag-többletfogyasztást okoz kb. ugyanezen arányban.”
És mi következik mindebből? Nos, Zámor Ferenc így összegezte vizsgálati eredményeit:
- Üzembiztonság és teljesítőképesség szempontjából a két rendszer egyenértékű.
- Az üzemköltségek a mechanikus átvitelű motorkocsinál valamivel kisebbek, mint az elektromos átvitelnél.
- A beszerzési ár szempontjából a mechanikus átvitel lényegesen olcsóbb.
- Végül tengelynyomás szempontjából az elektromos erőátvitel egyáltalában nem versenyképes.
Ezek elég sarkos megállapítások, de Zámor mégis úgy zárja sorait, hogy vizsgálatai a kis forgalmú helyiérdekű vasutakra terjedtek ki, és az ezekre vonatkozó megállapítások korántsem jelenti azt, hogy az elektromos erőátvitel más felhasználás esetén nem lehetne előnyösebb!
Pontban három hónappal később jelent meg az az írás, amit Sármezey Endre jelentetett meg, és amelynek bevezetésében azt írja a szerző, hogy a téma a vasúti vontatás szempontjából elsőrendű fontosságú, és ő maga éveken át folytatott kísérleteket, illetve rengeteg tapasztalatot szerzett a gyakorlatban is. A témában tehát nem kevésbé járatos szakértő szólalt fel ezúttal is!
Sármezey a hatásfok kérdésében nem osztotta minden részletében Zámor véleményét, de azt elfogadta, hogy a sebességváltó hatásfoka az I., II. és III. sebességnél, mikoris az erőt két fogaskerékpáron keresztül továbbítja, 93 százalék, sőt a közvetlen kapcsolásnál, amikor négy fogaskerékpár szalad üresen olajban, 96 százalék.
Ugyanakkor felhívta a figyelmet, hogy az irányváltó – melyben egy kúpkerékpár és egy pár elég nagy áttételű homlokfogaskerékpár dolgozott – szintén 93 százalékos hatásfokú elemnek tekintendő, a sebességváltó kapcsolásához szükséges levegő előállítását pedig a leadott teljesítmény 5 százalékában adta meg. Ebből következett, hogy:
A mechanikus erőátvitel globális hatásfoka, a motortengelytől a futókerékig számítva, az I., II. és III. sebességnél 82%, közvetlen kapcsolásnál pedig, mely azonban csak a legnagyobb sebességnél jön számításba, 84,8%.
A Sármezey által kimutatott 82-84,8 százalék áll szemben a Zámornál jelzett 85-87 százalékkal szemben.
Ez máris elég nagy különbség, de látni kell, hogy szakami érvek állnak az állítás mögött. De volt még más is, amit fontosnak tartott a királyi tanácsod, ugyanis véleménye szerint az elektromos erőátvitel esetében is más adatokkal kell dolgozni. Íme:
„Elfogadom a cikkíró azon megállapítását, hogy a dynamó 90%, az eletromotorok 92% hatásfokkal dolgoznak, de az elektromotort a hajtott tengellyel összekapcsoló egy pár homlok fogaskerék veszteségeit, tekintettel arra, hogy áttétele lényegileg ugyanolyan, mint az irányváltó homlokfogaskerekei és ugyanolyan kivitelt is feltételezve, nem vehetem nagyobbra, mint az irányváltónál, melynek egy pár kerekére 3.5% veszteség esik, tehát ennek hatásfoka 96.5%.”
A lényeg: az az elektromos erőátvitel fogaskerékáttétele éppen olyan szerkezet, mint az irányváltó, így hatásfokában sincs különbség, így ezzel érdemes kalkulálni.
Így tehát végül elektromos erőátvitel esetén kerekeken mérhető hatásfok 80 százalékra adódik, szemben a mechanikus erőátvitel 82-84,8 százalékával – állította Sármezey. Ebből következett, hogy egy 90 lóerős motort alapul véve sebességváltós megoldásnál, az I., II. és III. sebességnél 73.8 lóerő, közvetlen kapcsolásnál 76.3 lóerő, míg elektromos erőátvitelnél 72 lóerő állt rendelkezésre.
És mit jelent ez kicsit a gyakorlat felé közelítve? Nos, a királyi tanácsos szerint – és ezt gyakorlati tapasztalataival támasztja alá! – a két hajtás között azonos motor, vázszerkezet és kerékpárok esetén véleménye szerint csak 1,8 tonna a különbség, de kiemeli, hogy azonos méretben a motorkocsik megépíthetők három-, illetve négytengelyes változatban is, ami annyit tesz, hogy a tengelynyomások kedvezőbben alakulnak.
Erre a példát maga a Ganz adta:
Ennek következtében a nehezebb elektromos erőátvitellel szerelt motorvonatok is megjelenthettek a 9,3-10,3 tonna tengelyterhelésre engedélyezett vonalakon is. De – és erre is kitért Sármezey Endre! – abban az esetben, ha több kerékpár hajtott, a további szerkezeti elemek veszteségei miatt a mechanikus erőátviteli rendszer elveszti előnyét, sőt, az elektromos erőátvitel hatásfoka alá süllyed.
A fentieket figyelembe véve – egy hajtott tengelyt feltételezve! – Sármezey teljesen másképp rajzolta fel a két rendszerrel elérhető vonóerők grafikonját:
Véleménye szerint a mechanikus váltós változatok a gyorsítás során több veszteséggel üzemelnek, csakis az egyes sebességi fokozatok egyes pontjain haladják meg az elektromos jajtáslánc hatásfokát, ellenben egyenletes menetben – a legnagyobb sebességi fokozatban – a mechanikus váltós változatok mutatják a jobb hatásfokot.
És akkor az elmélet után következzen a gyakorlat, hiszen Sármezey Endre azt állította, hogy nem csak az elvi modellek terén végzett kutatásokat, hanem komoly tapasztalatokat szerzett valós üzemi körülmények között is!
Nos, a MÁV hálózatában 1928-ban 12 darab 90 lóerős dízel-mechanikus rendszerű motorkocsi üzemelt, melyek éves szinten összesen 433.700 kilométert tettek meg, azaz átlagban egy-egy egység 36.141 kilométert tett meg. Az év során 35 esetben voltak a gépek szolgálatképtelenek, motorproblémák miatt 24, váltógondok miatt 5, tűzelőanyag-fagyás, illetve hiány miatt pedig 6 esetben.
Ez annyit tett, hogy éves szinten motorkocsinként átlagban 3 esetben állt elő szolgáltatképtelenség.
Az éves három alkalom nem tűni soknak, ugyanakkor oldalról megfogalmazva átlagban 12.047 vonatkilométerenként következett be meghibásodás, ami bizony nem tűnik igazán fényes adatnak. De tegyük hozzá gyorsan, hogy a motorkocsik napi átlagban 99 kilométert tettek meg, így valójában ezek a meghibásodások négy havonta jelenkeztek. Nem tudjuk, hoyg ez az akkori viszonyok közt sok, avagy kevés, de a lényeg nem is ez, hanem a meghibásodások okat – legalábbi Sármezey szerint!
Véleménye szerint ugyanis a meghibásodások 71 százalékát adó motorproblémák abból adódtak, hogy a gyorsítások során ciklikusan túlterhelték.
Ezt annak érdekében kellett megtenni, hogy elérjék a megfelelő gyorsulást, de a terhelés alatt a normál esetben 1.150-es fordulatszám 700 /perc fordulatra esett, ezért pedig a dugattyúk és a hajtókarok oly igénybevételeknek voltak kitéve, amelyek üzembiztosságukat és élettartamukat erősen lecsökkentették. Márpedig a javítások motorkocsinként éves szinten 44 napot jelentettek, ami 88 százalékos rendelkezésreállást jelentett.
Sok, vagy kevés ez? Nem tudjuk, de Sármezey Endre állítása szerint ezek a problémák nem jelentkeztek a dízel-elektromos motorvonatoknál!
És ezt az állítást is gyakorlati tapasztalatokkal igyekszik alátámasztani. A felhozott gyakorlati eset ugyan számossága miatt akár támadható is lenne – mindössze két dízel-elektromos motorvonatról van szó, melyek 1927 március 27.-én álltak forgalomba a Ceglédkörnyéki Gazdasági Vasútnál -, ugyanakkor figyelemreméltó, hogy az üzemet műszaki oldalról két satuval, egy kézi fúrógéppel és egy tábori kovácstűzzel mindössze két 2 lakatos biztosította!
Nézzük hát az adatokat! 1928-ban a két motorkocsi összesen 89.120 vonatkilométert futott, motorkocsinként tehát 44.560 kilométer volt az átlagos teljesítmény. Ez, egy motorkocsit véve alapul, 8.419 kilométerrel, azaz 23%-kal több, mint a sebességváltós motorkocsik átlagos futásteljesítménye. Szolgálatképtelenség az 1928. év folyamán összesen 2, motorkocsinként 1 volt.
A dízel-elektromos meghajtás esetén mindössze 44.560 kilométerenként következett be meghibásodás.
A szolgálatképtelenség egyik oka a motor levegőcsövének törése, a másik esetben, az elektromos főbiztosító automata szigetelő lapjának repedése folytán, a biztosító kiégése volt, motorproblémák viszont nem jelentkeztek. A motorkocsik átlagban 32 napot töltöttek üzemen kívül, ami 5,6 százalék feletti rendelkezésreállást jelent (szemben a dízel-mechanikus 88 százalékával).
Azt csak mi tesszük hozzá, hogy ha a rendelkezésre állás idejére számított napokra vetítjük a ez egyes hajtástípusok által napi szinten megtett utak átlagos hosszát, akkor a dízel-mechanikusok esetében 112 kilométer, míg a dízel-elektromosok esetében 128 kilométer adódik, így pedig még az is lehet, hogy a nagyobb távolságok oka a kevesebb megálló volt, márpedig a dízel-mechanikus rendszerek esetében a hibákat éppen a gyorsításkor fellépő túlterhelésre vezeti vissza a szerző.
De ez csak egy logikai alapú észrevétel, sokkal fontosabb a szakember véleménye! És mit talált az a szakember, aki az üzemeltetés oldaláról volt érdekelt? Íme:
„A (dízel-elektromos) motorkocsik fenntartási költsége az 1928. évben vonatkilométerenként 5,9 fillér volt. Ha a javítási napok arányában becslem a MÁV mechanikus motorkocsik fenntartási költségét, akkor 44:16=2.5-szer nagyobb, tehát az 5.9 fillérrel szemben 13.75 fillért kapok, ami tekintettel a rendszerre, elég optimisztikus számítás.”
És hogyan álltak a kisforgalmú mellékvonalak esetében, ahol netán még keseny nyomtávú kiépítés volt? Erre már részben tudjuk a választ, de erre is egy gyakorlati példával szolgál Sármezey:
„Keskenyvágányú vasutaknál 1 tengely meghajtása nem elég, hogy mennyire fontos a több hajtott tengely, láttuk a Szegedi Gazdasági Vasút Diesel-elektromos mozdonyainál, ahol a 12 kg-os síneknél 5,5 tonna tengelynyomás van engedélyezve. Itt az 1 tengelyre eső adhéziósúly oly kevés, hogy a sebességváltós erőátvitel szóba sem jöhetett.”
Eddig világos, de van itt egy nem megkerülhető állítás:
Fentiekből tehát az tűnik ki, hogy a benzin- vagy benzolmotor tüzelőnyagának magas ára és rosszabb kalorikus hatásfoka folytán ma már vasúti üzemre nem alkalmas.
Ezt alátámasztandó két gyakorlati adat: a benzol-mechanikus erőátvitel által fogyasztott tüzelőanyag száz elegytonna-kilométer 1.307 grammjával szemben a dízel-elektromos erőátvitel csak 1.117 grammot fogyasztott.
Az összegzés ezek után Sármezey részéről:
- a dízel-elektromos hajtáslánc üzembiztossága és teljesítőképessége nagyobb,
- üzemköltsége lényegesen alacsonyabb,
- vonóerő szempontjából rugalmasabb, jobban simul a pálya viszonyaihoz és a vonat változó súlyához, mert vonóereje és sebessége nagy határok között variálható, állandó motorteljesítmény mellett.
És ami az üzemeltetőnél mindent visz, az itt olvasható idézet mutatja meg:
„A benzol-mechanikus erőátvitelű vontatás tüzelőanyagköltsége tehát 86.7%-a drágább, mint a Dieselelektromos vontatásé.”
A cikkben végig következetesen dízel-mechanikus, illetve dízel-elektromos hajtást említettünk, mert bizony az a két szakember vitájában csak a végére lett világos, hogy itt bizony a körtét hasonlították az almához… Valójában ugyanis a benzol-mechanikus, illetve dízel-elektromos hajtást hasonlították össze! És a benzol-motor 90 lóerős volt, míg a dízel-elektromos egy 50 lóerős dízelmotorral épült…
Mit eredményezett ez? Nos, az üzemanyag fogyasztás mennyiségét tekintve csak 17 százalék a különbség, a több javarészt a benzol és a dízelolaj árának tetemes különbségéből adódott! És persze a dízel-elektromos gépek alacsonyabb szervízigényéből. Ugyanakkor a benzol-mechanikus gépek esetében tipikus nyomaték-problémával állunk szemben, amit majd pár éven belül megold a dízel-mechanikus gépek bevezetése.
Szakmai hibát vétettek tán a szakemberek, amikor alma-körte összehasonlítást végeztek? Nos, nem, csak éppen akkoriban a motorvonatok vagy benzol-mechanikus, vagy dízel-elektromos hajtáslánccal bírtak, más nem volt, így ezek összehasonlítása volt életszerű, és a gyakorlat szempontjából releváns!
Különben pedig, ha nem lettek volna ilyen viták, a magyar vasúti gépgyártás lehet, hogy nem ér el olyan magasságokat, melyeket pedig a következő években meghódított!
A sikerkorszak nyitánya:
