Een dagje naar Walibi voor je studie. Jan-Egbert Beuving, zevendejaars student civiele techniek, smaakte dat genoegen. Hij studeerde bij de vakgroep mechanica & contructies af op het ontwerp van een cruciaal onderdeel van de baan, de tie.
Delen
br />
De Python is dood. Leve El Condor. In achtbanenland is niets meer te gek. Was de Python in de Efteling tien jaar geleden nog een reden om half Nederland af te reizen, tegenwoordig staat dè superattractie in Dronten, in ‘Walibi Flevo’. Nog meer g-krachten, nog meer kurketrekkers. Nieuw is dat de coaches niet meer over de rails rijden, maar dat de bakjes eronder hangen. Aan deze zogenaamde suspended looping coaster deed Beuving zijn afstudeeronderzoek.
Bij de constructie van dergelijke bouwwerken komt steeds meer onderzoek kijken. Sommige onderdelen van de baan blijken al jaren ongewijzigd omdat ze nu eenmaal voldoen. Een voorbeeld hiervan is de tie. Dit is het verbindingsonderdeel tussen de draagbuis, de backbone, en de rails. Een cruciaal onderdeel, dat de krachten van de rails overdraagt naar de draagbuis. Beuving: ,,Er wordt uitermate goed gerekend aan de backbone, maar de krachten die op de tie worden uitgeoefend waren onbekend. Er zijn drie soorten ties, een lichte, een middelmatige en een zware. Er wordt een keuze gemaakt uit de berekening van de g-krachten op dat stuk van het traject. En als de zware tie niet zwaar genoeg was, plaatsten ze er een extra tussen.”
Beuving heeft, anders dan gebruikelijk, de kracht op de baan als functie van de tijd bekeken. ,,Het bleek dat ook krachten op delen van het traject worden uitgeoefend terwijl de trein ergens anders op het traject is. Ook treden in bepaalde richtingen grotere krachten dan verwacht op”, aldus de onderzoeker. Het werken met veranderende krachten was voor de civieler iets nieuws. Beuving: ,,Bij ons geldt: als iets beweegt, is het stuk. Als je gaat rekenen aan de wagentjes ben je bezig en werktuigbouwkunde. Dit heb ik dan ook niet gedaan. Bovendien zitten er ook dempers in de wagentjes om eventuele dynamische trillingen te dempen. Ik kon mij daarom beperken tot een prachtige modellering van de mechanica.”
Laswerk
Figuur 1 De El Condor; op de voorgrond de backbone
Alvorens tot een krachtenmodel te komen moest Beuving een snelheidsberekening maken over de hele baan. Hieruit volgden dan de drukkrachten op de baan als gevolg van de zwaartekracht en de middelpuntzoekende kracht in bochten. Samen met de zwaartekracht op de baan leverde dit de totale belasting in elk punt. Met deze krachten kon hij een sterktecontrole en een vermoeiingsanalyse maken van de huidige tie en van zijn eigen ontwerpen. Ook kon hij de stijfheid van de verschillende constructies, de verplaatsing als gevolg van een opgelegdekracht, modelleren.
Bij de keuze tussen de alternatieve ontwerpen waren een aantal eisen van belang. Zo diende de vermoeiingslevensduur ten minste vijftien jaar te bedragen, hoewel volgens Beuving de ‘attractieve levensduur’ vaak korter is. De vermoeiing hangt af van het aantal spanningswisselingen en de grootte van de spanningswisselingen. Uitgaande van een tijdsduur van een rit van veertig seconden en een pretpark dat tweehonderd dagen per jaar gedurende tien uur open is, leidt dit tot bijna drie miljoen spanningswisselingen.
Een tweede eis was om een goedkope tie te ontwerpen, bijvoorbeeld door de hoeveelheid laswerk te beperken. Verder moest de tie ruime stelmogelijkheden hebben om speling en hoekverschillen tussen de rails en draagbuis te ondervangen.
,,Het mooiste is een tie uit één stuk, omdat je dan niet hoeft te lassen. Een gelaste constructie bezwijkt namelijk altijd bij de las. Een tie uit één stuk is echter niet alleen praktisch ondoenlijk, omdat je dan ongeveer duizend verschillende ties apart moet vervaardigen. Het is ook veel te duur.” De hoeveelheid laswerk kon wel tot tweederde beperkt worden. Dit was mogelijke door een gedeelte van de stalen tie te buigen in plaats van twee verschillende onderdelen onder een hoek aan elkaar te lassen.
Bloeddruk
Meer kosten konden bespaard worden doordat slechts tien procent van de baan, de helix, uitgebreide stelmogelijkheden van de tie behoeft. Hierdoor is het lonend twee verschillende ties te ontwerpen. Eén met ruime stelmogelijkheden en een eenvoudige, goedkope tie met beperkte mogelijkheden. Bovendien kan het stellen buiten de baan gebeuren en dat scheelt ook geld.
Beuving verwacht dat de ontwikkeling van extreme achtbanen zoals de Condor niet veel verder meer gaat. ,,De krachten die er in deze baan op je lichaam uitgeoefend worden, zijn maximaal ongeveer vijf maal je eigen gewicht. Dat is echt de comfortgrens. Ik geloof dat het in de buurt komt van de krachten die een piloot van een F-16 te verwerken krijgt. Er staat bij de ingang ook een immens bord met allerlei waarschuwingen. Mensen met slechte harten, verhoogde bloeddruk, nekklachten en rugproblemen kunnen maar beter niet instappen.” Dat Beuving daar niet toe behoort, blijkt uit zijn relaas: ,,Ik weet precies hoe de baan in elkaar zit, je kunt me midden in de nacht wakker maken en ik teken hem voor je. Maar toen ik erin zat wist ik na de ‘spin‘ al niet meer waar ik was.”
Een dagje naar Walibi voor je studie. Jan-Egbert Beuving, zevendejaars student civiele techniek, smaakte dat genoegen. Hij studeerde bij de vakgroep mechanica & contructies af op het ontwerp van een cruciaal onderdeel van de baan, de tie.
De Python is dood. Leve El Condor. In achtbanenland is niets meer te gek. Was de Python in de Efteling tien jaar geleden nog een reden om half Nederland af te reizen, tegenwoordig staat dè superattractie in Dronten, in ‘Walibi Flevo’. Nog meer g-krachten, nog meer kurketrekkers. Nieuw is dat de coaches niet meer over de rails rijden, maar dat de bakjes eronder hangen. Aan deze zogenaamde suspended looping coaster deed Beuving zijn afstudeeronderzoek.
Bij de constructie van dergelijke bouwwerken komt steeds meer onderzoek kijken. Sommige onderdelen van de baan blijken al jaren ongewijzigd omdat ze nu eenmaal voldoen. Een voorbeeld hiervan is de tie. Dit is het verbindingsonderdeel tussen de draagbuis, de backbone, en de rails. Een cruciaal onderdeel, dat de krachten van de rails overdraagt naar de draagbuis. Beuving: ,,Er wordt uitermate goed gerekend aan de backbone, maar de krachten die op de tie worden uitgeoefend waren onbekend. Er zijn drie soorten ties, een lichte, een middelmatige en een zware. Er wordt een keuze gemaakt uit de berekening van de g-krachten op dat stuk van het traject. En als de zware tie niet zwaar genoeg was, plaatsten ze er een extra tussen.”
Beuving heeft, anders dan gebruikelijk, de kracht op de baan als functie van de tijd bekeken. ,,Het bleek dat ook krachten op delen van het traject worden uitgeoefend terwijl de trein ergens anders op het traject is. Ook treden in bepaalde richtingen grotere krachten dan verwacht op”, aldus de onderzoeker. Het werken met veranderende krachten was voor de civieler iets nieuws. Beuving: ,,Bij ons geldt: als iets beweegt, is het stuk. Als je gaat rekenen aan de wagentjes ben je bezig en werktuigbouwkunde. Dit heb ik dan ook niet gedaan. Bovendien zitten er ook dempers in de wagentjes om eventuele dynamische trillingen te dempen. Ik kon mij daarom beperken tot een prachtige modellering van de mechanica.”
Laswerk
Figuur 1 De El Condor; op de voorgrond de backbone
Alvorens tot een krachtenmodel te komen moest Beuving een snelheidsberekening maken over de hele baan. Hieruit volgden dan de drukkrachten op de baan als gevolg van de zwaartekracht en de middelpuntzoekende kracht in bochten. Samen met de zwaartekracht op de baan leverde dit de totale belasting in elk punt. Met deze krachten kon hij een sterktecontrole en een vermoeiingsanalyse maken van de huidige tie en van zijn eigen ontwerpen. Ook kon hij de stijfheid van de verschillende constructies, de verplaatsing als gevolg van een opgelegdekracht, modelleren.
Bij de keuze tussen de alternatieve ontwerpen waren een aantal eisen van belang. Zo diende de vermoeiingslevensduur ten minste vijftien jaar te bedragen, hoewel volgens Beuving de ‘attractieve levensduur’ vaak korter is. De vermoeiing hangt af van het aantal spanningswisselingen en de grootte van de spanningswisselingen. Uitgaande van een tijdsduur van een rit van veertig seconden en een pretpark dat tweehonderd dagen per jaar gedurende tien uur open is, leidt dit tot bijna drie miljoen spanningswisselingen.
Een tweede eis was om een goedkope tie te ontwerpen, bijvoorbeeld door de hoeveelheid laswerk te beperken. Verder moest de tie ruime stelmogelijkheden hebben om speling en hoekverschillen tussen de rails en draagbuis te ondervangen.
,,Het mooiste is een tie uit één stuk, omdat je dan niet hoeft te lassen. Een gelaste constructie bezwijkt namelijk altijd bij de las. Een tie uit één stuk is echter niet alleen praktisch ondoenlijk, omdat je dan ongeveer duizend verschillende ties apart moet vervaardigen. Het is ook veel te duur.” De hoeveelheid laswerk kon wel tot tweederde beperkt worden. Dit was mogelijke door een gedeelte van de stalen tie te buigen in plaats van twee verschillende onderdelen onder een hoek aan elkaar te lassen.
Bloeddruk
Meer kosten konden bespaard worden doordat slechts tien procent van de baan, de helix, uitgebreide stelmogelijkheden van de tie behoeft. Hierdoor is het lonend twee verschillende ties te ontwerpen. Eén met ruime stelmogelijkheden en een eenvoudige, goedkope tie met beperkte mogelijkheden. Bovendien kan het stellen buiten de baan gebeuren en dat scheelt ook geld.
Beuving verwacht dat de ontwikkeling van extreme achtbanen zoals de Condor niet veel verder meer gaat. ,,De krachten die er in deze baan op je lichaam uitgeoefend worden, zijn maximaal ongeveer vijf maal je eigen gewicht. Dat is echt de comfortgrens. Ik geloof dat het in de buurt komt van de krachten die een piloot van een F-16 te verwerken krijgt. Er staat bij de ingang ook een immens bord met allerlei waarschuwingen. Mensen met slechte harten, verhoogde bloeddruk, nekklachten en rugproblemen kunnen maar beter niet instappen.” Dat Beuving daar niet toe behoort, blijkt uit zijn relaas: ,,Ik weet precies hoe de baan in elkaar zit, je kunt me midden in de nacht wakker maken en ik teken hem voor je. Maar toen ik erin zat wist ik na de ‘spin‘ al niet meer waar ik was.”
Comments are closed.