UIC 544-1 – Demiryolu Fren Performansı Değerlendirmesi – Kapsamlı Teknik Brifing

Giriş

Bu teknik brifing, demiryolu araçlarının ve trenlerinin frenleme performansının belirlenmesi, değerlendirilmesi ve uygulanmasıyla ilgili temel kavramları ve standartları özetlemektedir. İçerik, Uluslararası Demiryolları Birliği (UIC) tarafından yayınlanan “544-1 Frenler – Frenleme Gücü” (4. Baskı, Ekim 2004) ve Global Railway Review makalesi “Train Braking Performance Determination” temel alınarak hazırlanmıştır.

Doğru frenleme performans değerlendirmesi, özellikle ERTMS/ETCS tren kontrol sistemleri entegrasyonu ile birlikte güvenli ve birlikte çalışabilir demiryolu işletmeleri için kritik öneme sahiptir.

1. Frenleme Gücünün Tanımı ve Önemi

Frenleme gücü, bir trenin belirli bir hızdan durma mesafesi içinde tamamen durabilme yeteneğidir. İki ana şekilde ifade edilir:

• Frenlenen Ağırlık Yüzdesi (λ – Lambda Değeri): 1938’de Fransız mühendis Pedeluc tarafından tanımlanmış olup, frenlenen ağırlık ile toplam araç kütlesi arasındaki oranı temsil eder. Avrupa trenlerinin çoğunda 200 km/s’ye kadar frenleme performansının nicel göstergesidir. Referans değerler, yolcu trenleri (P) ve yük trenleri (G) fren pozisyonları için belirlenmiştir.

• İvmelenme (Yavaşlama): 200 km/s üzerindeki yüksek hızlı trenlerde frenleme gücü, uygulanan ivmelenme olarak ifade edilir.

1.1 Tarihsel Gelişim ve Standartlaşma

Avrupa demiryolları, tarih boyunca ulusal standartlar ve işletme kuralları benimsemiştir. Bu durum, farklı tren kontrol sistemlerinin (INDUSI, KVB, LZB, TVM, ATB vb.) ve uyarı mesafelerinin (400 m–6.000 m) çeşitlenmesine yol açmıştır. Bu farklılıklar, yüksek hızlı ve konvansiyonel trenlerin birlikte çalışabilirliğinde ciddi engeller yaratmıştır. Bu nedenle ERTMS/ETCS standart Avrupa tren kontrol sistemi geliştirilmiştir.

2. Frenlenen Ağırlığın Belirlenmesi

Frenlenen ağırlık genellikle testler aracılığıyla ampirik olarak belirlenir ve ton cinsinden ifade edilir. Testler, hem tekli araçlar hem de trenler için belirli koşullar altında uygulanır.

2.1 Yolcu Vagonları

Frenlenen ağırlık, 400 m’ye kadar olan yolcu setleri için geçerlidir. Daha uzun trenler için düzeltme faktörleri uygulanır. Elektropnömatik (Ep) frenler ve fren hızlandırıcıları gibi ek donanımlar için özel hükümler mevcuttur. Hesaplamalar ön tahmin sağlar, ancak kesin onay testlerle yapılmalıdır.

2.2 Yük Vagonları

100 km/s ile maksimum hız arasındaki ilk frenlemeler için geçerlidir. Dökme demir blok frenli (P10) vagonlarda frenleme gücü k-faktörü ile hesaplanabilir:

B=k×ΣFdyngB = \frac{k \times \Sigma F_{dyn}}{g}B=gk×ΣFdyn​​

Burada, B = frenlenen ağırlık, k = değerlendirme faktörü, ΣFdyn = fren bloğu kuvvetlerinin toplamı, g = yerçekimi ivmesidir.

Diğer fren blokları için ek hesaplama yöntemleri ve testler gereklidir.

2.3 Özel Fren Sistemleri

• Elektropnömatik (Ep) Frenler: Testlerle belirlenir veya Bep=1.12×BRB_{ep} = 1.12 \times B_RBep​=1.12×BR​ olarak tahmin edilir.

• Fren Hızlandırıcılar: Testlerle belirlenir veya BSbb=1.07×BRB_{Sbb} = 1.07 \times B_RBSbb​=1.07×BR​ ile hesaplanabilir.

• Manyetik Ray Freni (Mg): Yalnızca UIC basınçlı hava freni ile birlikte değerlendirilir. P+Mg için ≥120 km/s, R+Mg için ≥140 km/s hızlarda test edilir.

• Eddy Akım Freni: Değerlendirme parametreleri henüz standartlaşmamıştır.

2.4 Lokomotifler ve Çoklu Üniteler

Lokomotiflerin fren gücü, her fren pozisyonu için bağımsız testlerle belirlenir. Farklı fren türlerini birleştiren çoklu üniteler, en olumsuz konfigürasyon için değerlendirilir ve frenlenen ağırlık yüzdesi veya ivmelenme olarak ifade edilir.

3. Park Freninin Etkinliği

Park freni etkinliği, frenlenen ağırlık (Bh) ile gösterilir ve düşük hızdan durumu korumaya karşılık gelir. Hesaplamada nominal kuvvet, sürtünme katsayıları, maksimum eğim ve gereken adezyon dikkate alınır.

4. Tren İşletmesi ile İlgili Kurallar

• Tren Uzunluğu Düzeltmesi: Yolcu trenleri 400 m, yük trenleri 500 m üzeri için gerçek frenlenen ağırlık κ (kappa) faktörü ile düzeltilir:

Bcorrtr=κ×BzB_{corrtr} = \kappa \times B_zBcorrtr​=κ×Bz​

• Ep Frenler: Uzunluk düzeltmesi gerekli değildir.

• G Pozisyonu Yük Trenleri: Onaylı fren mesafeleri, hat eğimi, ilk hız ve λ yüzdesine bağlıdır; ayrı bir değerlendirme yapılmaz.

5. Yüksek Hızlarda Frenleme Gücünün Belirlenmesi

200 km/s üzeri trenlerde frenleme gücü, eşdeğer fren yükselimi (te), sabit yavaşlama adımları (abi) ve bozulmuş koşullar (ıslak ray, sürtünme azalışı) dikkate alınarak ivmelenme olarak ifade edilir.

6. Model Geliştirme ve ETCS/ERTMS Entegrasyonu

ERTMS/ETCS gibi otomatik hız kontrol sistemleri, tren frenleme performansının hız fonksiyonu olarak anlık ivmelenme şeklinde bilinmesini gerektirir. λ değerleri, bu ivmelenme fonksiyonlarına dönüştürülmek üzere matematiksel modellerle işlenir.

6.1 İlk Modeller ve Testler

FS, NS ve DB modelleri geliştirilmiş; FS modeli en tutarlı sonuçları vermiştir. Ancak bazı tren kombinasyonlarında test eksiklikleri ve sinyalizasyon uyumsuzlukları tespit edilmiştir.

6.2 Disk Frenlerin Üstünlüğü ve Model İyileştirmeleri

Disk frenli araçlar, dökme demir fren bloklu araçlara göre daha kısa fren mesafesi ve yüksek güvenlik marjları sağlar. Model güncellenerek P ve G pozisyonlarındaki farklı fren geliştirme süreleri (P: 3–5 s, G: 18–30 s) dikkate alınmıştır. Bu sayede mevcut fren tablolarıyla uyum sağlanmış ve ETCS hatlarda ek önlem gerekmemektedir.

Sonuç

UIC 544-1 ve ilgili standartlar, demiryolu frenleme performansının güvenli ve doğru bir şekilde değerlendirilmesi için kapsamlı bir çerçeve sunmaktadır. Sürekli testler, model optimizasyonları ve uluslararası işbirliği, demiryolu ağlarında güvenliği ve birlikte çalışabilirliği artırmak için kritik öneme sahiptir.

Bu kapsamda gerçekleştirilebilecek tüm hesaplamalar için aşağıdaki linki kullanabilirsiniz. Demiryolları için Frenleme Hesapları sayfamızda tüm hesaplamalara ulaşabilirsiniz.