JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Tässä diplomityössä perehdytään kiskokalustossa käytettäviin jarrujärjestelmiin ja yksittäisten jarrutyyppien toimintaperiaatteisiin. Lisäksi työssä selvitetään ajoneuvon jarrutussuorituskyvyn määrittämisen kannalta oleelliset standardeissa määritellyt suorituskyvyn vertailuarvot. Työn tavoitteena on kehittää uusimpien EN-standardien mukainen laskentatyökalu kiskoilla liikkuvan ajoneuvon jarrutussuorituskyvyn määrittämiseen sekä tuottaa kattava teoreettinen katsaus jarrutuslaskennan suorittamisen taustamateriaaliksi.

Teoriaosiossa käsitellään kiskokalustossa yleisimmin käytössä olevat jarrutyypit. Tutkituille jarrutyypeille määritetään lähdekirjallisuuden perusteella niiden tuottaman maksimijarruvoiman määräävät tekijät ja parametrit. Tönkkäjarrun teoriaosiossa perehdytään lisäksi olemassa oleviin jarruanturatyyppeihin ja levyjarrun kirjallisuuskatsauksessa tutustutaan kitkavoiman muodostumismekanismeihin jarrulevyn ja jarrupalan kontaktissa erityyppisiä kitkamateriaaleja käytettäessä. Nopeusriippuvaisille jarrutyypeille määritetään niiden tuottaman hetkellisen jarruvoiman ominaiskuvaajat sekä perusteet ominaiskuvaajan eri jaksojen määräytymiselle. Lisäksi selvitetään ajoneuvoon kohdistuvien liikevastusvoimien määräytyminen yleisesti sekä EN-standardien mukaan. Osiossa käsitellään myös EN 14067-4 mukaiset koejärjestelyt EN-standardin mukaisten liikevastusvoimien määrittämiseksi.

Diplomityössä kehitetty laskentatyökalu soveltuu kuusitelisen kiskoilla kulkevan ajoneuvokokoonpanon jarrutussuorituskyvyn määrittämiseen. Ajoneuvon jarrujärjestelmä voidaan määrittää hyödyntämään sähködynaamista jarrua, levyjarrua, magneettista kiskojarrua tai näiden yhdistelmää. Lisäksi ajoneuvolle on mahdollista määrittää erikseen mekaanisesti käytettävä levyjarru pysäköintitilanteen tarkastelua varten. Jarrutyyppien tuottamat jarruttavien voimien maksimit määritetään EN 14531-1 mukaisien parametrien sekä tarpeelliseksi katsottujen lisäparametrien avulla. Hetkellisten jarruttavien voimien sekä liikevastuksien määrittäminen tapahtuu standardin EN 14531-2 mukaisesti. Laskentatyökalun version mukaan dynaamisia jarrutustilanteita voidaan määrittää laskettavaksi 30 tai 15 kappaletta ja pysäköinti- tai paikallaanpitotilanteita 10 kappaletta.

Evaluation of railway vehicle braking performance according to current EN standards

Abstract

In this paper railway vehicle braking systems and operating principles of individual brake types are researched. Essential braking performance factors are also determined according to current EN-regulations and other relevant regulative literature. The aim of this thesis is to develop a versatile tool for braking performance calculations. The secondary goal is to produce a comprehensive reference piece of literature to assist in commissioning of the developed tool.

The theory section of this paper focuses on the most widely used brake types. Parameters that affect the braking performance of each brake type are determined. Different break block types and their performance in adverse friction conditions are also studied in the tread brake section. For disc brake the micro-contact phenomena that occur on the friction surface of the brake pad during brake application are researched for different brake pad friction materials. The shape of characteristic braking force graphs is determined for each speed-dependent brake type and the factors that determine the different phases are studied. Typical resistance forces that act on a vehicle are defined. Evaluation of the characteristic coefficients for vehicle resistance is also studied according to EN 14067-4.

The calculation tool developed in this thesis is capable of calculating braking performance of a six bogie railway vehicle. Vehicle braking system can utilize electro-dynamic brake, disc brake, magnetic track brake or any combination of the listed types. It is also possible to define a mechanically operated disck brake to be used in the case of holding and parking calculations. Maximum braking force provided by each brake type is calculated according to EN 14531-1 and the instantaneous braking forces and resistance forces are calculated according to EN 14531-2. Depending on the version of the calculation tool 30 or 15 different dynamic braking situations can be determined for calculation at once. Both versions of the tool can calculate 10 holding and parking cases in addition to the dynamic ones.