Park Freni Etkinliği Hesaplamaları

Bu bölüm, demiryolu araçlarının park freni etkinliğinin nasıl belirlendiğini, tutma kapasitesi ve eğim hesaplamalarını detaylandırmaktadır. Bu bilgiler, UIC Fişi 544-1 belgesinden alınmıştır [1].

1. Park Freninin Etkinliğinin Tanımı

Park freninin etkinliği, bir aracın düşük hızdan başlanarak frenlenmesine tekabül eden frenlenen ağırlık [t] olarak ifade edilir [1, 2]. Frenlenen ağırlık, ister hesaplansın ister tespit edilsin, daima tam sayılar olarak ifade edilir; 0,5 değerleri aşağı yuvarlanırken, ≥ 0,5 değerleri yukarı yuvarlanır [Sözlük].

Burada:

• Bh: El freninin frenlenen ağırlığı [t] [3].
• ΣFdyn: Nominal kuvvetle uygulanan park freni uygulandığında bloklar veya sabolar üzerine etki eden toplam dinamik kuvvet [kN] [4]. (ΣFdyn'yi belirlemek için Ek F, madde F.2.5'e bakınız [4]).
• μ1: Söz konusu sürtünme malzemeleri için 50 km/s'deki sürtünme katsayısı [-] [4].
  • Dökme demir bloklar: 0,19 [4]
  • Bileşim bloklar: 0,20 [4]
  • Sinterlenmiş bloklar: 0,20 [4]
  • LL bloklar: 0,17 [4]
  • Kompozit pedler: 0,35 [3]
  • Sinterlenmiş pedler: 0,30 [3]
• rm: Ortalama sürtünme yarıçapı (blok frenlerde rm=rh) [m] [3].
• rh: Yarı aşınmış tekerlek yarıçapı [m] [3].

2. Uygulanan Nominal Kuvvet

Park freni hesaplamalarında uygulanan nominal kuvvet aşağıdaki gibidir [3, 5]:

• Vidalı freni için: Tekerlek veya levye sapında 0.5 kN'lık kuvvet [3, 5].
• Yay yüklü bir fren için: Nötrleştirici yay kuvveti olmadığı durumlarda ve fren uygulandığında yayın nominal vuruşu için yay tarafından uygulanan yük [3, 5].

3. Hesaplama Yöntemleri

3.1. Vidalı Fren ile Manuel Kontrol

3.1.1. Blok Frenler

Blok frenle donatılmış araçlar için, Fb blok fren kuvveti aşağıdaki denklemle hesaplanır [5, 6]:

Burada:

• Fb: Vidalı fren tarafından frenlenen akslar üzerindeki bloklarda uygulanan toplam statik kuvvet [kN] [6].
• FK: Volandaki veya koldaki kuvvet (0.5 kN) [kN] [6].
• FF: Fren balataları çekme yayı tarafından uygulanan kuvvet (genellikle 1.5 kN) [kN] [6].
• FR: Ayarlayıcının zıt yönlü kuvveti (genellikle 2 kN) [kN] [6].
• iH: Vidalı fren için toplam çarpım oranı [-] [7].
• iP: Basınçlı havalı fren için toplam çarpım oranı [-] [7].
• iR: Fren çubuğu ayarlayıcı arkasındaki çarpım oranı. Normalde iR, vidalı fren kullanılarak frenlenen aksların sayısının iki katıdır [-] [7].
• ηH: Volandaki veya koldaki kuvvetin fren bloklarına aktarıldığı statik etkinliği ifade eden faktör (= 0,19) [-] [7].
• ηP: Basınçlı-havalı frenin dingil fren çubuğunun statik etkinliğini temsil eden faktör (= 0,8) [-] [7].
• ηR: Fren çubuğu ayarlayıcı arkasındaki dingil fren çubuğunun statik etkinliğini temsil eden faktör (= 0,9) [-] [7].

Bu durumda, Bh için ΣFdyn, Fb'nin 9/8'idir [8].

3.1.2. Disk Frenler

Disk frenleri ile donatılmış araçlar için, Fb sabo kuvveti aşağıdaki genel denklem ile hesaplanır [8]:

Burada:

• Fb: Sabolar üzerinde uygulanan toplam kuvvet [kN] [8].
• FK: Volandaki veya koldaki toplam kuvvet (0,5 kN) [kN] [8].
• FR: Fren silindirinin dengeleyici kuvveti [kN] [8].
• ns: Disk frenli ünitelerin sayısı [-] [8].
• iH: Vidalı freninin toplam çarpım oranı [-] [8].
• iR: Basınçlı hava freni balatasının çarpım oranı [-] [8].
• ηH1: Vidanın statik etkinliğini temsil eden faktör (= 0,25) [-] [9].
• ηH2: Vida ve sabolar veya sabo zarfları arasındaki kuvvet aktarımının statik etkinliğini temsil eden faktör [-] [9].
• ηR: Basınçlı havalı dingil fren çubuğunun statik etkinliğini temsil eden faktör (= 0,9) [-] [9].

Bu durumda, Bh için ΣFdyn, Fb'ye eşittir [9].

3.2. Yay-Yüklü Frenler

Yay yüklü frenlerde, Fb benzer şekilde hesaplanır [10]:

Burada:

• Fb: Fren bloklarında veya pedlerde uygulanan toplam statik kuvvet [kN] [10].
• Fsp: Yay-yüklü fren uygulandığında çıkışta yay silindiri tarafından uygulanan net kuvvet [kN] [10].
• isp: Yay fren silindiri ve bloklar veya pedler arasındaki çarpım oranı [-] [10].
• ηfi: Yay fren silindiri ve bloklar veya pedler arasındaki statik kuvvetin aktarılma etkinliğini temsil eden faktör [-] [10].
  • ηfi = 1, yay freni doğrudan bloklara uygulanıyorsa [10].
  • ηfi = 0,9, yay freni balata aracılığıyla diske uygulanıyorsa [11].
  • Kuvvetin aktarılması daha karmaşık bir işlemse daha küçük bir değerdir ve ölçülerek belirlenmelidir [11].
• nFed: Yay frenli silindirlerin sayısı [-] [11].

Bu durumda, Bh için ΣFdyn, Fb'ye eşittir [11].

4. Bir Aracın Park Freni ile Bekletileceği Maksimum Eğiminin Hesaplanması

Özel bir park freni türü bulunduran bir aracın güvenli bir şekilde hareketsiz tutulabileceği maksimum eğim aşağıdaki denklemle hesaplanır [11]:

Burada:

• ims: Eğimin dikliği [‰] [12].
• Fb: Volan tarafından tekerlek bloklarına veya pedlerine uygulanan hesaplanmış toplam statik kuvvet [kN] [12].
• μstat: Belirli bir sürtünme malzemesi için 0 km/s'de sürtünme katsayısı [-] [12].
  • Dökme demir bloklar: 0,35 [12]
  • Birleşik bloklar: 0,20 [13]
  • Sinterlenmiş bloklar: 0,20 [13]
  • LL bloklar: 0,17 [13]
  • Kompozit pedler: 0,35 [13]
  • Sinterlenmiş pedler: 0,30 [13]
• rm: Ortalama sürtünme yarıçapı (blok frenlerde rm=rh) [m] [12].
• rh: Yarı aşınmış tekerlek yarıçapı [m] [12].
• m: Aracın ağırlığı [t] [12].
• g: Yer çekimi ivmesi [9,81 m/s²] [12].

5. Gereken Maksimum Adezyon

Tekerleğin jantında oluşan frenleme kuvveti (Fb × μstat × rm / rh) boş el freni uygulanmış vagondaki her bir aks için yalnızca maksimum adezyon ( τ_tekerlek/ray = 0,12) seviyesine kadar geçerlidir [13]. Hesaplanan frenleme kuvveti bu değeri aşarsa, gereken maksimum adezyon için tutma kuvveti hesaba alınabilir [13].

Frenleme yükü ve araç yükünün tüm tekerlek takımı genelinde eşit bir şekilde dağıtıldığı durumlarda, her bir hesaplama adımındaki veya her bir hız kesme bölümündeki adezyon gereksinimi (ileri hareket direncine rağmen) aşağıdaki formül kullanılarak kontrol edilebilir [14, 15]. Adezyon gereksinimi herhangi bir yük şartında 0.15'lik sınırı geçemez [14].

Burada:

• τi: Tekerlek ve ray arasında "i" zamanındaki adezyon katsayısı [-] [15].
• Fc: "i" hesaplama adımındaki frenleme kuvveti [kN] [15].
• m: Test aracının kütlesi [t] [15].
• ai: "i" zamanındaki hız kesme [m/s²] [15].
• g: Yerçekimi ivmesi [9,81 m/s²] [15].

Kaynak: UIC Fişi 544-1, 4. Baskı, Ekim 2004.

Yüksek Hızlı Tren Frenleme Performansı Hesaplayıcı

Bu araç, UIC 544-1 Ek L.2.1'deki "Hız Kesme Kademelerindeki Hesaplama" yöntemine dayanmaktadır.

Girdi Parametreleri (Ek L.2.1 Örnek Değerleri)

Frenleme Performansını Hesapla

Disk Frenli Vagon Hesaplamaları

Bu hesaplama, UIC Fişi 544-1 Ek I, madde I.3'te belirtilen formülleri kullanarak disk frenli yolcu vagonlarının frenlenen ağırlığını ön-belirlemek içindir. [2]

Frenlenen Ağırlığı Hesapla

UIC Frenlenen Ağırlık Hesaplayıcı (P10 Yük Vagonları - Yolcu Pozisyonu)

Bu araç, UIC Fişi 544-1'e göre P10 dökme demir blok frenli yük vagonları için frenlenen ağırlığı hesaplar. Tüm girdiler ve formüller kaynak dokümandan alınmıştır.

Frenlenen Ağırlığı Hesapla

Frenleme Mesafesi Hesaplama

Not: Bu hesaplamalar, UIC Fişi 544-1 dokümanında (4. Baskı, Ekim 2004) belirtilen matematiksel formüllere ve sabit değerlere dayanmaktadır [4, 7, 23, 24].

Frenlenen Ağırlık Yüzdesi Hesaplama

Not: Bu hesaplamalar, UIC Fişi 544-1 dokümanında (4. Baskı, Ekim 2004) belirtilen matematiksel formüllere ve sabit değerlere dayanmaktadır [4, 7, 23, 24].