4 Brzdová zařízení kolejových vozidel

Transkript

1 4 Brzdoá zařízení kolejoých ozidel 4. Součinnost brzdoých systémů Praidla součinnosti různých brzdoých systémů, které jsou současně instaloány na ozidle, musí být stanoena tak, aby byl maximálně yžitý systém neopotřeboáajících se brzd (brzdy transmisní) a minimálně použíány brzdy opotřeboáající se (nejčastěji brzdy třecí - absorpční). Tato součinnost musí šak zajistit, aby spolupůsobením brzd byl ždy zajištěn celkoý požadaek na elikost brzdné síly Bd. Obecné praidlo pro součinnost neexistuje, neboť lastnosti (ýkonnost) jednotliých druhů brzd jsou na jednotliých typech ozidel různé. Základní princip nárhu součinnosti ychází obrázku Obr. 4., který zobrazuje průběhy brzdných sil záislosti na rychlosti. Předpokládá se instalaci dou typů brzd na ozidla a to brzdy elektrodynamické a brzdy třecí špalíkoé. B Bd BED BT brzd; Obr. 4.: Princip součinnosti brzd na ozidle. průběh požadoané brzdné síly; průběh dostupné brzdné síly elektrodynamické brzdy; průběh požadoané brzdné síly třecí brzdy při dodržení praidel součinnosti BTmax průběh max. brzdné síly třecí brzdy; max konstrukční rychlost ozidla; 5 rychlosti limitující průběhy brzdných sil Pak pro požadoanou brzdnou sílu opotřeboáající se brzy platí: BT BT Bd BED min max ; [N] 4.. Charakteristiky systémů neopotřeboáajících se brzd Pro charakteristiku systémů neopotřeboáajících se brzd yužíáme znázornění záislosti brzdné síly B na rychlosti ozidla. Ta je znázorněna po částech spojitými křikami, jejichž

2 idealizoaný tar je možno popsat analytickými ztahy pro omezující rychlostní interal, yjádřenými pomocí max. dosažitelné brzdné síly daného systému. Pro některé ýpočty je potřebné taktéž yjádřit střední hodnotu brzdné síly rychlostním interalu.tyto ztahy jsou yjádřeny ČSN EN 45- (06). Jednotlié úseky budou popisoána od max sestupně až k minimální rychlosti účinkoání brzd. 0 ;0 Brzda elektrodynamická (EDB) Obecně lze průběh síly EDB znázornit podle obrázku Obr. 4.. Obr. 4.: Charakteristika EDB. Úsek Popis Vztah max Omezení ýstupním napětím při rekuperaci, BED záislost Úsek konstantního ýkonu, hyperbolická záislost BED BED max BED max 3 Úsek konstantní brzdné síly BED BED max 3 4 Lineární úsek, omezení úhloou rychlostí TM BED BED max Pro střední hodnotu brzdné síly interalu: Interal 0 0 Vztah pro střední hodnotu BED BED max

3 0 0 max BED BED 30 3 BED max BED max 3 0 Hydrodynamické brzda (R) fluid retarder Obecně lze průběh síly R znázornit podle obrázku Obr. 4.3 a popsat třemi úseky. Obr. 4.3: Charakteristika hydrodynamické brzdy. Úsek Popis Vztah Úsek omezení ýkonem, hyperbolická záislost BR BR max Úsek maximální brzdné síly BR BR max 0 Úsek omezení úhloou rychlostí, kadratická záislost BR BR max Pro střední hodnotu brzdné síly interalu: Interal max Vztah pro střední hodnotu BR BR max 30 3 BR BR max 3 0

4 Brzda magnetická kolejnicoá (MgB) Obecně lze průběh síly MgB znázornit podle obrázku Obr. 4.4, kde má hyperbolický průběh, limitoaný záislostí hodnoty součinitele tření MG na rychlosti ozidla. Okamžitá hodnota brzdné síly MG brzdy je: Obr. 4.4: Charakteristika MG brzdy. BMG NMG MG NMG [N] k k 0 Střední hodnota brzdné síly Mg brzdy rychlostním interalu ; je: 0 BMG Kde: 0 NMG MG NMG [N] 3 3 k 0 k0 0 3 NMG [N] magnetická přítlačná síla trámce (přibližně konstantní), udáaná ýrobcem MG [] okamžitá hodnota součinitele tření MG [] střední hodnota součinitele tření 0 k0 [m s - ] počáteční rychlost brzdění [m s - ] okamžitá rychlost brzdění [] koeficient udáaný ýrobcem

5 k [m s - ] koeficient udáaný ýrobcem Brzda magnetická ířiá (ECB) eddy current brake Brzdící síla ířié brzdy záisí na: mezeře mezi magnetem a kolejnicí; okamžité rychlosti; intenzitě magnetického pole. Prakticky lze průběh brzdné síly znázornit průběhem podle obrázku Obr. 4.5 a její okamžitou hodnotu BEC yjádřit ztahem: BEC BEC max [N], ni n i cha cha kde: cha ni [m s - ] charakteristická rychlost, pro kterou platí BEC = BECmax [] mocnitel udáaný ýrobcem, kde i = pro cha a i = pro < cha Obr. 4.5: Charakteristika MG brzdy. Střední hodnota brzdné síly EC brzdy rychlostním interalu ; je: 0

6 BEC BEC max ni cha 0 ni ni ni cha 0 ni ni n i n i 0 Brzdnou dráhu ozidla z počáteční rychlosti 0, u něj se yužíá součinnosti jednotliých druhů brzd, které účinkují rozdílných rychlostních interalech je možno podle [ČSN 453- :05] yjádřit jako součet drah jednotliých fází brzdění, kdy daném rychlostním interalu spolupracuje současně q brzdoých systémů a dráhy jízdy konstantní rychlostí 0 po ekialentní dobu náběhu brzdy te. Princip yjadřuje obrázek Obr BTmax B [N] Ba max Badh BEDmax BMG BT 3 [m/s] 0 Bad max Obr. 4.6: Příklad spolupráce brzdoých systémů. - možný max. průběh součtu brzdné síly adhezních brzd je limitoán stanoeným součinitelem adheze pro ýpočet brzdy; Badh- součet brzdné síly adhezních brzd; BT max BT - max. průběh brzdné síly třecích brzd; - průběh brzdné síly třecí brzdy daný požadakem součinnosti brzd; 3- hranice rychlostních interalů se spolupůsobením jednotliých typů brzd Brzdná dráha sb je pak: s B t 0 e BMG m Badh m BMG 0; BED 0; BT 0; m ; Badh ; 3 ; 3 0 kde: Badh [N] střední hodnota brzdné síly adhezních brzd

7 4. Výkonnost brzd kolejoých ozidel pro rychlost do 00 km/h Parametrem, který charakterizuje ýkonnost a brzdící schopnost brzdoého systému kolejoého ozidla zajistit za stanoených ýchozích podmínek požadoanou zábrzdnou dráhu, je tz. brzdící hmotnost ozidla B. Jeho hodnota se pro daný typ KV určuje ýpočtem a oěřuje proozní brzdoou zkouškou podle yhl. UIC Bezrozměrným odozeným parametrem zohledňujícím hmotnost KV MV [t] je tz. brzdící procento % (brzdící podíl []). Vyjadřuje se ztahem [Heller, 009]: B 00 % M V Proozní brzdoou zkouškou se určuje skutečná zábrzdná dráha zkoušeného ozidla sb o hmotnosti MV ze šech stanoených počátečních rychlostí (iz Tab. 4.) rychločinným brzděním. Z empirických diagramů deklaroaných e yhlášce UIC 544- (obrázek Obr. 4.7), s B f V; se pro zkoušené popř. z odpoídajících matematických yjádření záislosti ozidlo stanoí hodnota brzdícího procenta. Vztah pro stanoení brzdícího procenta pro zkoušku s jednotliým ozidlem: C D, s B kde koeficienty C a D pro jednotlié stanoené počáteční rychlosti a postupy zkoušek jsou tabulce Tab. 4.. Tab. 4. Koeficienty pro ýpočet [Heller, 009] opraeno podle [UIC 544-].

8 Obr Diagram pro stanoení brzdoého procenta z proozní brzdné zkoušky pro jediné ozidlo [UIC 544-]. Výsledná hodnota brzdného procenta se stanoí jako minimální z hodnot stanoených pro šechny definoané počáteční rychlosti. Pak brzdící hmotnost ozidla B se ypočte ze ztahu: B MV [t] 00 Zkoušky s jednotliými ozidly se proádí: - s jedním ozem u OV pro rychlost do 60 km/h; - s jedním ozem u OV pro rychlost do 00 km/h, pokud je brzděn silou nezáislou na rychlosti; - s jedním ozem u jednoduchých podozkoých NV; - s jednou jednotkou NV, která je proozu nedělitelná; - s jedním HV (lokomotiy, MV i jednotky); - se skupinou 3 identických dounápraoých NV; - se skupinou identických nepodozkoých článkoých NV; Zkoušky se soupraou ozů (zkušebním lakem) se proádí pro souprau identických ozidel předepsané délky. Do hmotnosti laku se započítáá i hmotnost HV a její brzdný účinek.

9 Zkouška se proádí pro šechna možné způsoby brzdění: P, R, Mg, P+Mg, R+Mg. U NV s způsobem brzdění G-P se zkouška pro režim G neykonáá přijímá se hodnota z režimu P. Podrobnosti proozních zkoušek brzdy a ýpočtu brzdícího procenta lze nalézt např. [Heller, 009, kap. 9.3]. Příklad na yhodnocení proozní brzdoé zkoušky Při proozních brzdoých zkouškách s ozidlem o zkušební hmotnosti MV =5,0 t byly pro zkušební rychlost 60 km/h byl změřeny a následně zkorigoány n = 4 zábrzdné dráhy sbi. Stanote ýsledné brzdící procento a brzdící hmotnost B pro tuto zkušební rychlost. sbkorr Vyhodnocení zkoušky pro danou zkušební rychlost ychází z postupu yhlášky UIC K dispozici jsou již korigoané zábrzdné dráhy zohledňující skutečnou počáteční rychlost brzdění, skutečný sklon zkušební tratě a další. Střední zábrzdná dráhy se stanoí podle ztahu: s B s i n Bi ,8 m 4 Pro zjištění zábrzdné dráhy se ypočte standardní odchylka n: n n s Bi sb 468,8 4 0,8 m Proozní brzdoou zkoušku pro danou zkušební rychlost je možno podle UIC 544- uznat, pokud předchozí ypočtené hodnoty splňují dě následující kritéria: n. kritérium: 0, 0 s B. kritérium: max sbi s B, 95 n Pak hodnocení zkoušky: 0,8. kritérium: 0, zkouška yhouje 089,8. kritérium: max s 6,5,950,8, m s - zkouška yhouje Bi B Výsledky zkoušky pro tuto rychlost yhojují požadakům yhlášce. Pro střední hodnotu zábrzdné dráhy se určí brzdící procento :

10 C sb 680 D ,8 Tomuto brzdícímu ypočtenému procentu odpoídá brzdící hmotnost ozu: B MV t Vypočtená brzdící hmotnost ozu pro uedené zkušební podmínky je B = 66 t. 4.3 Požadaky na brzdnou ýkonnost ozidel pro rychlost do 00 km/h. Pro KV a laky pohybující se po tratích zařazených do TEN jsou požadaky ýkonnost brzdoých zařízení stanoeny mezinárodní prání úpraou, mj. TSI. Základní požadaky jsou následující: Požadaek na elikost brzdicího procenta u ozidel mezinárodním proozu: Osobní ozy režimu P: min = 05 %, pokud > 5 %, pak ozidla musí být ybaena zařízením pro omezení brzdné síly podle hmotnosti ozidla, max = 50 %; Vozy režimu R: pro prázdný ůz min = 50 %, pro ložený ůz min = 35 %, max = 60 %. Nákladní ozy mezinárodním proozu: režim G: min = 60 %; režim P, S: min = 65 %; režim P, SS: min = 00 %; pokud > 5 %, pak ozidla musí být ybaena zařízením pro omezení brzdné síly podle hmotnosti ozidla 4.4 Požadaky na brzdnou ýkonnost ozidel pro rychlost nad 00 km/h. Pro tato ozidla se neposuzuje ýkonnost brzdoého zařízení pomocí brzdoých procent. Hodnotícím parametrem je brzdoé zpomalení ab pro stanoené rychlostní interaly pro da způsoby brzdění při součinnosti elektropneumatické brzdy a bez ní. Zkoušky se proádí pro následující způsoby brzdění: - rychle brzdění při působení šech typů brzd ozidel; - rychle brzdění za zláštních podmínek podle UIC; - max. proozní brzdění; - obyklé proozní brzdění. Podle TSI musí lakoé soupray dosahoat následujících požadaků:

11 Soupraa s max. délkou 400 ± % musí při brzdění splňoat max. zábrzdné dráhy jako funkce požadoaných minimálních zpomalení při brzdění ze stanoených rychlostí podle následujících požadaků: Požadaky na neadhezní (magnetické a přednostně ířié) brzdy musí splňoat následující požadaky: 4.5 Brzdící hmotnost laků Brzdící hmotnost laky BVL je obecně součtem brzdících hmotností jednotliých ozidel něm zařazených. Toto praidlo platí pro laky stanoené délky. Pro laky se pak tento součet koriguje. Pro osobní laky tažené lokomotiou pro rychlost V 00 km/h se zduchoými zařízeními odpoídajícím požadakům UIC: pro délku laku lvl 400 m: B ; VL B i VL pro délku laku 400 l 700 m se proádí korekce podle ztahu: B. VL VL B i VL Hodnota korekčního činitele je daná yhláškou UIC iz obrázek Obr křika OV. O

12 Obr. 4.8: Průběh korekčního činitele pro ýpočet brzdící hmotnosti. Pro nákladní laky režimu P tažené lokomotiou pro rychlost V 60 km/h se zduchoými zařízeními odpoídajícím požadakům UIC: pro délku laku lvl 400 m: B ; VL B i VL pro délku laku 400 l 700 m se proádí korekce podle ztahu: B. VL VL B i VL Hodnota korekčního činitele je daná yhláškou UIC iz obrázek Obr křika NV. Pro nákladní laky režimu P tažené lokomotiou se zařazenými ozy brzděnými režimu G : N pro ůz brzděný režimu G: režim P. B i, 75 P 0 B ; kde Bi(P) je brzdící hmotnost daného ozu pro i Detailní informace o postupech pro stanoení skutečné hodnoty brzdících procent stanouje proozoatel dopraní cesty (např. SŽDC: D) a proozoatele dopray (např. ČD: V5/). Každý lak dopraoaný do proozoané dopraní cestě musí mít zpracoánu Zpráu o brzdění, e které jsou uedené eškeré podstatné informace o parametrech laku brzdné ýkonnosti tohoto laku. Příklady zprá obrudění jsou na obrázcích Obr. 4.9a a 4.9b.

13 Obr. 4.9a: Výkaz ozidel pro nákladní lak [irek, 06].

14 Obr. 4.9b: Mezinárodní zpráa o brzdění a laku osobní lak [irek, 06]. 4.6 Příklad ýpočtu ýkonnosti brzdy proozu Postup ýpočtu ýkonnosti brzdy pro lak, který je brzděný režimu P, je popsán na následujícím příkladu, e kterém je lak sestaen z ozidel dle tabulky Tab. 4. [irek, 06]. Tab. 4.: Zjednodušený ýkaz ozidel.

15 druh ozidla hmotnost ozidla [t] hmotnost nákladu [t] délka ozidla [m] brzdící áha [t] režim brzdění HV G DV P DV P DV P DV P DV P Nejpre určíme skutečná brzdící procenta laku. Abychom zjistili hodnotu skutečných brzdících procent laku, musíme nejpre ypočíst celkoou hmotnost a celkoou brzdící áhu laku. Celkoá hmotnost se ypočte, jako součet hmotností šech ozidel a jejich nákladů: M C M M M M M M [t] (4.3) HV DV DV DV 3 DV 4 DV 5 M C t Dále potřebujeme určit hodnotu brzdící áhy laku, jako součet brzdících ah šech ozů: B C B B B B B B [t] (4.3) HV DV DV DV 3 DV 4 DV 5 B C = 0, = 0 [t] Protože se jedná o lak nákladní dopray, který je brzděn I. způsobem brzdění a jehož délka je menší než 500 metrů, koeficient kappa zde nabýá hodnoty roné. Skutečné brzdící procento se tedy ypočte jako: λ skut = κ B C M C 00 % (4.3) λ skut = 0 00 = 7,4 % 79 Po ypočtení skutečných brzdících procent laku nyní určíme z tabulek brzdících procent potřebná brzdící procenta laku, abychom tyto hodnoty mohli zájemně poronat. Potřebná brzdící procenta laku se určují záislosti na daném úseku tratě, pro který tato procenta platí, záislosti na rychlosti a rozhodném sklonu tratě. Pro názorný příklad ýpočtu tedy bude stanoená rychlost laku 70 km/h, rozhodný spád na daném úseku tratě 8 a zábrzdná zdálenost 700 metrů. Postup yhledání hodnoty potřebných brzdících procent potr je následný. Na odoroné ose si yhledáme stanoenou rychlost laku, poté si na sislé ose yhledáme

16 rozhodný spád na daném úseku tratě a následně odečteme hodnotu potřebných brzdících procent. Postup yhledání hodnoty potřebných brzdících procent je přehledně popsán na obrázku Obr Obr. 4.0:Tabulka brzdících procent.[md ČR, 995] Po určení hodnoty potřebných brzdících procent nyní tuto hodnotu poronáme s hodnotou skutečných brzdících procent, přičemž skutečná brzdící procenta musí být yšší nebo rona hodnotě potřebných brzdících procent. Platí tedy, že: λ potr λ skut Po dosazení určíme, zda je tato podmínka splněna: 44 7 Podmínka je splněna, skutečná brzdící procenta kryjí hodnotu potřebných brzdících procent, lak je tedy na tomto úseku dostatečně brzděn a yhouje proozu na daném úseku trati. Příklad získáání údajů pro ýpočet ýkonnosti brzdy proozu Pro posouzení brzdné ýkonnosti brzd laku je nutno shromáždit patřičné údaje. Pro ilustraci jejich sběru může sloužit obrázek Obr. 4., zobrazující ýřez z interaktiního ýukoého

17 systému pro sestaoání Zpráy o brzdění laku pro nákladní lak. Údaje jsou rozděleny do pěti zdrojů podle obrázku:. ýřez tabelárního jízdního řadu daného laku;. konkrétní sestaa laku okamžiku zpracoáání Zpráy; 3. informace o nákladu nákladoý list na bočnici NV, doklady k sestaení laku apod. 4. informace o brzdoém systému a hmotnostech ozu na bočnici nebo rámu ozu; 5. poloha oladačů brzdoého systému spodní část bočnice nebo pod rámem ozu Obr. 4.: Výřez z interaktiního ýukoého systému pro sestaoání Zpráy o brzdění laku pro nákladní lak. Minimální potřebné údaje jsou popsané tabulce Tab Tab. 4.3: Popis údajů zjišťoaných pro ýpočet ýkonnosti brzdy.. Číslo laku přidělení proozoatelem infrastruktury. Normati hmotnosti daného laku.3 Stanoená rychlost laku pro traťoý úsek (Vmax = 80 km/h).4 Stanoená ýměra brzdících procent (potr = 80 %).-.6 Model sestaení laku s jednotliými ozidly. Pro ybrané ozidla jsou e spodní části zobrazení další potřebné údaje (konkrétní podklady pro. ozidlo e laku) 3. Hmotnost nákladu 4. Označená typu brzdoého ybaení ozidla (DAKO s režimem G P) 4. Zážená hmotnost prázdného ozidla kg 4.3 Brzdící hmotnost ruční brzdy t 5. Ruční přestaoač režimu brzdění ( tomto případě poloha pro režim G) 5. Brzdící hmotnost pro režim G (45 t) 5.3 Brzdící hmotnost pro režim P (50 t)

18 5.4 Ruční přestaoač Prázdný Ložený pro změnu brzdné ýkonnosti podle hmotnosti ozu 5.5 Přestaná hmotnost ozu t. Pokud je okamžitá hmotnost ozu menší, pak poloha Prázdný, jinak poloha Ložený. V tomto případě M = 8,0+4,0 = 70,0 t, proto přestaoač musí být poloze Ložený 5.6 Brzdící hmotnost pro zatížení Prázdný (5 t) 5.7 Brzdící hmotnost pro zatížení Ložený (45 t) 5.8 Kohout ypínaní brzdy Pozor! odoroná poloha = brzda ypnutá a její li se nezapočítáá do brzdné ýkonnosti laku. V konkrétním případě podle obrázku Obr. 4. pro. ozidlo e laku je okamžitá hmotnost ozidla 70 t, brzda zapnutá, proto se její li započítáá do brzdné ýkonnosti laku, režim brzdění G, přestaoač P L poloze Ložený, proto brzdící hmotnost je 45 t. Ukázka systému pro osobní lak je na obrázku Obr. 4.. a) b) Obr. 4.: Výřez z interaktiního ýukoého systému pro sestaoání Zpráy o brzdění laku pro osobní lak. a) údaje pro hnací ozidlo jsou umístěny na bočnicích skříně a na stanoištích ozidla; b) zobrazení nápisů a polohy oladačů brzdoých zařízení pro osobní ůz ( tomto případě ůz pro rychlost do 60 km/h ybaený Mg brzdou režimu R+Mg a potrubním

19 zrychloačem pro zkrácení doby nástupu brzdoého účinku u dlouhých laků oladač poloze Zapnuto úplně prao).

20 Použité zdroje: ČSN EN 453- Železniční aplikace - Metody ýpočtů zábrzdných drah, brzdných drah a zabrzdění proti samoolnému pohybu - Část : Základní algoritmy použíající ýpočet podle středních hodnot pro ucelené jednotky a samostatná ozidla. Vydána: 7.06 ČSN EN 453- Železniční aplikace - Metody ýpočtu zábrzdných drah, brzdných drah a zabrzdění proti samoolnému pohybu - Část : Postupné ýpočty pro ucelené jednotky nebo samostatná ozidla. Vydána: 7.06 ČSN EN Železniční aplikace - Metody ýpočtů zábrzdných drah, brzdných drah a zabrzdění proti samoolnému pohybu - Část 6: Postupné ýpočty pro lakoé soupray nebo samostatná ozidla Dat. zrušena: HELLER, P., DOSTÁL, J.: Kolejoá ozidla II. Plzeň: Západočeská unierzita Plzni, 09. ISBN MD ČR: 73/95 Sb. Vyhláška Ministersta dopray, kterou se ydáá Dopraní řád drah platném znění. IREK, D.: Poronání požadaků na ýkonnost brzdy laků u dopraců. Ostraa: ID, VŠB- TU Ostraa. Bakalářská práce. ČD: V5/ Předpis pro prooz a obsluhu brzdoých zařízení železničních kolejoých ozidel. Účinnost: 997.