Pik Döküm ve Kompozit Fren Pabucu Kullanılan Yük Vagonunda Uzun Süreli Frenlenme Sonucu Tekerlekte Açığa Çıkan Isı Dağılımının Sayısal Analiz Metodu ile İncelenmesi

Öz

Yük vagonlarında frenleme, fren pabuçları (sabo) ile tekerlek yuvarlanma yüzeyi arasında oluşan sürtünme kuvvetiyle sağlanmaktadır. Türkiye’de birçok büyük eğim değerlerine sahip uzun demiryolu güzergahı bulunmaktadır. Bu güzergahlarda, vagonun aşağı yönlü hareketinde, vagon hızının kontrol altında tutulabilmesi için uzun süreli fren yapılması gerekmektedir. Frenleme sonrası tekerlek yuvarlanma yüzeyinde oluşan yüksek sıcaklıklar çok çeşitli tekerlek hasarlarına sebebiyet vermekte ve bu durum demiryolu güvenliğini azaltmaktadır. Lokomotiflerde bulunan dinamik fren, yük vagonlarında bulunan hava frenine yardımcı bir ek frendir. Bu tip güzergahlarda, dinamik freni olan lokomotiflerin kullanılması, tekerleklere uygulanan ısıl yükü önemli oranda azaltabilmektedir. Ancak Türkiye’de bu tip güzergahlarda dinamik fren sistemi olmayan lokomotiflerin de kullanıldığı ve bu lokomotiflerin sayısının tüm lokomotiflerin yaklaşık % 42'si olduğu bilinmektedir. Bu çalışmada, vagonların uzun süreli frenlenmesi sonrası tekerlekte oluşan maksimum sıcaklık değerleri, sayısal analiz yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Yapılan analizde, dört dingilli 90 ton ağırlığındaki, 70 km/h sabit hızla giden bir vagonun, eğimi ‰ 21 olan bir yolda, 40 km boyunca frenleme yaparak aşağı yönde ilerlemesi, frenleme senaryosu olarak alınmıştır. Tekerleğin yeni (çap 920 mm ) veya son kullanım sınırında (çap 840 mm) olma durumu ve fren sabosu olarak pik veya kompozit sabo kullanımı durumu ayrı ayrı ele alınmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Isıl Analiz
• Yük Vagonu Tekerleği
• Frenleme
• Pik döküm fren pabucu
• Kompozit fren pabucu
• Sabo

The Study of Heat Distribution on Wheelsets Braked With Cast İron and Composite Brake Block by Using Numerical Analysis Method After a Long Term Tread Brake Application of a Freight Wagon

Öz

Abstract: In freight wagons, brake action is maintained by friction force created between brake blocks and wheel tread surface. There are many long-distance rail routes with high slope values in Turkey. On these routes, in the downhill movement of the wagon, long-term brake application is required to control the wagon speed, which can lead to very high temperatures on the wheel tread surface. Due to these high temperatures, a wide variety of wheel damages can occur and this reduces railway safety. The dynamic brake in the locomotives is an additional brake that helps the air brake used by freight wagon. In this type of route, if a locomotive with a dynamic brake is used, it can be significantly reduce the thermal load applied to the wheels. However, it is known that in these type of routes, locomotives without dynamic braking system are also used and the number of these locomotives is approximately 42% of all locomotives in Turkey. In this study, the maximum temperature which occurs in the wheel after a long term tread braking is examined by using numerical analysis method. A freight wagon of 90 tons with four axles which has got a nominal wheel diameter of 920 mm (new) or 840 mm (wear limit in service) and an axle load of 22,5 t, moving downwards with a slope of 21 ‰ at constant speed of 70 km/h with tread braking during 40 km is considered as the reference scenario. All cases of whether the wheel is new (diameter 920 mm) or worn (diameter 840 mm), and whether grey cast iron or composite brake blocks are used, are handled separately.  

Anahtar Kelimeler

• Thermal analysis
• Freight wagon wheelset
• Tread braking
• Cast iron brake block
• Composite brake block

Kaynakça

1. [1] Ö.Akbayır, “Yük vagonlarında kullanılan sabolar ve karşılaştırması,” 1.Uluslararası Raylı Sistemler Mühendisliği Çalıştayı, Karabük, Türkiye, 2012.
2. [2] Wheels and Wheelsets. Conditions Concerning the Use of Wheels of Various Diameters, UIC 510-2, 2014.
3. [3] Runaway /Derailment- Canadian, National Freight Train, Railway Investıgatıon Report R06V0136, 2006.
4. [4] Residual Stresses in Railroad Commuter Car Wheels, US Federal Railroad Administration, 1999.
5. [5] Brakes,General Conditions for Certification of Composite Brake Block, pp.26, UIC 541-4, 2007.
6. [6] Limites Thermiques des Roues et des Sabots , ORE B 169/RP1, 1987.
7. [7] R. Zima, P.J. Dvojkli, Wheelset. Bonatrans Group, 2012.
8. [8] D.Milutinovic, A. Radosavljevic, V. Lucanin, “Temperature and stress state of the block braked solid wheel in operation on Yugoslav Railways,” FME Transactions, vol. 31, no 1, pp. 16, 2003.

9. [9] R.Gallo, M. Bettineschi, F. Lombardo, G.Mancini, A.Fattori, “Effects of thermal loads on fatigue verification of wheels with web mounted brake discs,” pp.7-8, 2007.
10. [10] M. F. Modest, Radiative Heat Transfer. Akademic Press, 2013.