Dinamik Fren Kullanımının Yük Vagonu Tekerleklerine Gelen Isıl Yüke Etkisinin Gerçek İşletme Şartlarında Deneysel Olarak İncelenmesi

Öz

Bir yük treninin frenleme işleminde hava freni ve yardımcı bir fren olan dinamik fren kullanılır. Hava freninde, fren pabucu (sabo) ile tekerlek yuvarlanma yüzeyi arasında oluşturulan sürtünme kuvveti frenlemeyi sağlar. Dinamik frende ise tren katarının hızının azaltılması için cer motorları bir jeneratör gibi kullanılmakta ve böylece trenin kinetik enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Ülkemizde yük vagonu taşımacılığında kullanılan lokomotiflerin yaklaşık % 42’sinde dinamik fren bulunmamaktadır.

Vagonların aşağı yönlü hareketinde, bazı güzergâhlarda, vagon hızını kontrol amaçlı, uzun süreli “sürükleme freni” yapılması gerekmekte, bu durum tekerleklerde çok yüksek sıcaklıklar oluşmasına sebep olabilmektedir. Oluşan bu yüksek sıcaklıklar sebebiyle çok çeşitli tekerlek hasarları oluşmakta ve bu durum demiryolu güvenliğini azaltmaktadır.

Bu çalışmada, tekerlek ısınması sebebiyle tekerlek hasarlarının sıkça gözlemlendiği Gümüş-Yenice arasında (ortalama eğim ‰ 13,4 ve toplam uzaklık 94 km) çalışan iki konteyner vagonunda seyrüsefer boyunca tekerlek yuvarlanma yüzeyinde oluşan sıcaklıklar, vagon hızı, fren silindirlerinde oluşan basınç verileri kaydedilmiştir.

Tam dolu olan test vagonlarının bulunduğu katar, 12 adet Rgns vagonu ve DE 33000 dizel lokomotiften oluşturulmuştur. O bölgede hâlihazırda çalışan ve dinamik freni olmayan lokomotiflerin de kullanılması sebebiyle Hacıkırı - Durak istasyonları arasında lokomotifte bulunan dinamik fren devre dışı bırakılmış sadece hava freni kullanılmıştır.

Gerçek işletme şartlarında yapılan test sonuçlarına göre dinamik frenin devre dışı bırakıldığı, istasyonlar arası rakım farkının 350 m olduğu Hacıkırı-Durak istasyonları arasında tekerleklere gelen frenleme enerjisi, vagon başına 363,7 MJ’dür. Buna karşın, dinamik frenin kullanıldığı Gümüş- Pozantı istasyonları arasında, rakım farkının daha fazla olmasına rağmen (515 m), bu değer vagon başına yalnızca 58,6 MJ olarak gerçekleşmiştir. Test boyunca, dinamik frenin kullandığı bölgelerde tekerleğin yuvarlanma yüzeyinin sıcaklıkları 100 oC civarında iken dinamik frenin kullanılmadığı Hacıkırı-Durak istasyonları arasında (22 km) tekerleğin yuvarlanma yüzeyi sıcaklığı 350 oC’ye kadar yükselmiştir ve ayrıca bu güzergahta bir saboda parça kopması da gözlenmiştir. 

Anahtar Kelimeler

• Dinamik fren,Hava freni,tekerlek ısınması,yük vagonu

Experimental Study of the Effect of Dynamic Brake on the Thermal Load of Freight Wagon Wheels in Real Operating Conditions

Öz

The braking of a freight train is provided by the air brake and the dynamic brake, which can be regarded as asecondary brake system. In the air brake, the braking is provided by the friction force between the brake block and the rolling surface of the wheel. In dynamic braking, traction motors are used as a generator to reduce train speed, thus, the kinetic energy of the train is converted into electrical energy. In Turkey, approximately 42% of the locomotives used in the transportation of freight cars do not have dynamic brakes.

In downhill movement of the wagons, on some rail routes, “drag brake” must be applied for a long time to control the wagon speed, which can lead to very high temperatures in the wheels. Due to these high temperatures, a wide variety of wheel damages can occur and this reduces railway safety.

In this study, temperature of the wheel rolling surface, wagon speed, and pressure of the brake cylinders were recorded in two container wagons running between Gümüş-Yenice where wheel damage was observed frequently due to wheel warming. Average inclination between Gümüş-Yenice is ‰ 13.4 and total distance 94 km.

The train is composed of 12 fully loaded Rgns test wagons and a DE 33000 diesel locomotive. Due to the fact that also the locomotives without dynamic brakes were currently used in that area, the dynamic brake in the locomotive was canceled and only the air brake was used between Hacıkırı-Durak stations.

According to the test results made under real operating conditions, the braking energy applied to the wheels between Hacıkırı and Durak station where the dynamic brake was disabled is 363.7 MJ per wagon (the altitude difference between stations is 350 m).On the other hand, although the altitude difference is bigger (515 m) between Gümüş-Pozantı stations where dynamic brake was used, braking energy applied to the wheel is only 58.6 MJ per wagon. During the test, on the rail routes where dynamic brake was used, temperatures of the rolling surface of the wheels are around 100 oC . On the other hand, between the Hacıkırı and Durak station (22 km) where the dynamic brake is not used, the temperature of the rolling surface of the wheel has increased up to 350 oC, and it was observed that a small piece was broken from the brake block.

Anahtar Kelimeler

• Dynamic brake,Air brake,Wheel warming,Freight wagon,Field test

Kaynakça

1. [1] TCDD Taşımacılık, 2018 İstatistik Yıllığı Özeti. Ankara, 2018.
2. [2] N. Karagöz, “ Bir yük vagonun uzun süreli frenlenmesi sonucu açığa çıkan ısının iki farklı tekerlek seti üzerindeki dağılımının sayısal analiz metodu ile incelenmesi.” Yüksek lisans tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Cumhuriyet Üniversitesi, Sivas, 2015.
3. [3] Milli Eğitim Bakanlığı, Raylı Sistemler Teknolojisi, Çeken Araç Fren Sistemi. Ankara, 2011.
4. [4] N. Saville, “Engineering studies train braking systems,” Newcastele Division Education Committee, 2017.
5. [5] Ö. Akbayır, “Yük vagonlarında kullanılan sabolar ve karşılaştırması,” 1.Uluslararası Raylı Sistemler Mühendisliği Çalıştayı, Karabük, Türkiye, 2012.
6. [6] E.A.G. Hernandez, “Wheel and rail contact simulation using a twin disc tester,” Ph.D. dissertation, The University of Sheffield, 2008.
7. [7] UIC International Union of Railways, Synthesis Paper on the Europe Train Operation with LL Brake Blocks Final Report. 2013.
8. [8] Capacity4Rail, Novel rail freight vehicles. Project received funding from European Union's, 2016.

9. [9] E. Tönük, “DE 24 000 MTE-Alsthom TÜLOMSAŞ (ELMS) Dizel Elektrik Lokomotifi (Co'Co'),” [Online]. Available: http://users.metu.edu.tr/tonuk/E40003/24000/ [Accessed June 1, 2020].
10. [10] Teknosektör haber, [Online]. Available: http://teknosektor.com/2014/03/20/trenler-icin-yerli-uretim-fren-balatasi-gelistirildi/ [Accessed June 1, 2020].