• FARAY

DEMİRYOLU FREN VE SÜSPANSİYON SİSTEMLERİ’NİN İNCELENMESİ

EXAMİNATİON of RAILWAY BRAKE AND SUSPENSION SYSTEMS


1. ÖZET

Ulaşım sistemleri arasında Demiryolu Teknolojisi (Railway Technology); güven, konfor ve ekonomik açıdan çok tercih edilir ve bu durum her geçen gün artmaktadır. Bu nedenle ulaşımın da zaman içerisindeki optimizasyonları frenleme etkisi ve konforu açısından beklentileri üzerine çalışmaları da beraberinde getirmiştir.

Çeken ve çekilen (wagon) araçların birbirinden modüler bağımsızlığı ile uygulanan kuvvetler ve etkilerini ayrı incelemek gerekmektedir. Çeken araçların çekilen araçlara nazaran daha sık ayrıştırılıp birleştirilmesi ya da kullanılmaması durumunda park işlemleri için bünyelerinde çekilen araçlardan ayrı fren mekanizmaları da bulunmaktadır.

Ulaşım problemleri ve kargaşalar yaşanmaması amacıyla yeraltı ve yerüstünde bulunan çeşitli sistemleri olan demiryolu ulaşımı ülkelerin sanayi ve refah düzeyini gösteren önemli bir unsur olmasıyla gelişiminin önemiyle optimizasyonlara her zaman açık bir sistemdir.

Anahtar kelimeler: Demiryolu teknolojisi, Railway technology, fren sistemleri, brake systems, süspansiyon sistemleri, suspension systems,


2. GİRİŞ

2.1. Demiryollarının Tarihçesi ve Sistemlerin Gelişmesi

İnsanlığın gelişiminin başlangıcından günümüze kadar, insanların ve malların hızlı ve güvenli ulaşımı her toplumun hedefi olmuştur. Genellikle ulaşımın en temel icatlarının tekerleğin, demiryolunun ve uçağın keşfi olduğu kabul edilir. Demiryolları ilk defa 19. Yüzyıl başında İngiliz maden ocaklarında şekillenmeye başlamıştır. Demiryolunun başlıca özelliği hat tarafından kılavuzlu hareketi yani tekerleklerin bir ray (rail) üzerinde gitmesidir. Buharın kullanılması, kömür ve demir madenlerinin yaygınlaşmasıyla, Demiryolu Teknolojisi (Railway Technology) şekillenerek gelişmeye başlamıştır. [1]

Fren sistemine (braking systems) sahip ilk araçlar, madenlerde raylar üzerinde çalışan küçük vagonlardır. Madenciler ahşap bir bloğu tekerlekte itmeyi ve durdurmayı bir kol yardımıyla yapıyorlardı. Demiryolu kütle ve hızı arttıkça itici güç kullanan sistemlerde frenleme, el aletleri ile yetersiz oldu ve bu ilkel sistem birçok kazaya neden oldu. [2] 20. Yüzyılın başlarında elektrikli çekimin kullanılmaya başlanması ve 2. Dünya savaşı öncesinde sinyalizasyon ve merkezi kontrol sisteminin gelişimi ile 1950’li yıllarda şimdiki Demiryolları şekillenmeye başlamıştır. [1]


Şekil 2.1. Maden vagonu


2.2. Fren Sistemleri

Motorlu taşıtları hareket ettiren bir enerjiye ihtiyaç duyulduğu gibi, ihtiyaç halinde hızını kontrol etmek amaçlı azaltan, uygun mesafede durduran ve durdurduktan sonra bulunduğu yerde sabit tutan zıt yönlü enerjiye fren sistemleri (brake systems) denir. [3]

Yük (freight) ve yolcu (passenger) taşımacılığını birbirinden ayıran etkenlerin başında yüksek hızlar ve konfor olduğu da bilinmektedir. Çünkü yük taşımacılığında bilinen ana amaç belirli yükü ulaştırılacağı yere en kısa zamanda götürülmesi iken yolcu taşımacılığında ana amaçlar arasına seyir yani yolcu konforu da girmektedir. Bu sistemlerin güvenlik ve konfor sebepleriyle birbirinden ayrılmasıyla fren ve süspansiyon sistemleri de değişiklikler göstermiştir. Tren dizisinin kontrollü bir şekilde durdurulabilmesi, lokomotif tarafından fren mekanizması ile sağlanmaktadır. Ancak güvenlik önlemleri sebebiyle lokomotiflerin ve vagonların ayrı ayrı frenleme mekanizması ile sağlanmaktadır.


2.2.1. Fren Sistemi Türleri (Brake Systems Types)

a) Otomatik Havalı Fren Sistemi (Automatic Air Brake Systems)

Vagonların altında bulunan basınçlı hava freni için 2 veya 4 adet hava kompresörü monte edilir ve bir adet hava kompresöründe 700 – 900 kPa sıkıştırılmış hava taşınır. Hava basıncı, bir basınç regülatörü tarafından 490 kPa’a indirilir ve yardımcı hava tanklarını, fren valfini, fren borusunu ve kontrol valfini besler. Her aracın fren boru ve ek hava depolarında basınçlı hava değeri 490 kPa olduğunda frenler aktif değildir. Aktif fren valfi ancak, basınç regülatöründen gelen hava akımın keserek, fren boruları içindeki hava basıncını düşürerek, frenlemeyi gerçekleştirir.

Hava basıncı düşüm kontrolü her vagonda bulunan vanalar tarafından tespit edilir. Basınçlı hava akışını düzenleyen kontrol valfi, fren silindirleri için yardımcı hava depolarına sahiptir. Temel frenleme mekanizmaları aracı yavaşlatmak ve durdurmak için fren silindirlerini aktif hale getirir. Kontrol valfleri, fren silindirlerine yardımcı olmak için fren borularındaki basınç düşüşüyle orantılı olarak hava tankındaki basıncı düzenler. [4]


b) Standart / Düz Hava Fren Sistemi (Standart Air Brake Systems)

Düz havalı fren sisteminde her vagon da bir kontrol vanası ve yardımcı hava deposu yoktur. Fren valfi, kuvveti harekete geçirmek için basınçlı hava ile düz hava borusu yardımıyla fren silindirlerini harekete geçirilerek temel fren mekanizmasını aktif hale getirilir. Ancak düz hava boruları normal çalışma koşullarında basınçlı hava taşımadığından, vagonlarda kuplaj yapılmadıkça frenler çalışmaz. Bu sorunu önlemek için düz havalı fren sistemi, otomatik hava fren sistemiyle birlikte kullanılmaktadır. Aynı zamanda son vagonda, ana hava depo borusu adı verilen başka bir boruyu çalıştırarak bu sorun önlenebilir.

Eğer ana hava depo borusu içindeki basınçlı hava düşerse ya da hava iletim elemanları, vagonlar vb. arasındaki hava hortumlarında kaçak veya sızıntı varsa basınç düşüşü tespit edilir ve frenler otomatik olarak çalışır. [4]


c) Kompakt Yük Vagonu Fren Sistemi (CFCB: Compact Freight Car Brake)