Kaukoliikenteen henkilöjunien jarrutuskykyvaatimusten tarkastaminen
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2017-08-28
Department
Major/Subject
Koneensuunnittelu
Mcode
K3001
Degree programme
Konetekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
66+9
Series
Abstract
Työn tavoitteena oli tutkia Suomen rataverkolla liikennöivien kaukoliikenteen henkilöjunien jarrutuskykyvaatimusten päivittämistä. Työssä esitellään tämänhetkiset vaatimukset ja lasketaan uudet arvot vaaditulle jarrutuskyvylle. Tämänhetkisten vaatimusten pohjalla olevia laskelmia on aikanaan dokumentoitu hatarasti. Yksi työn pääpainoista oli koota yhteen tärkeimmät jarrutuskykylaskelmiin liittyvät menetelmät, kaavat ja parametrit sekä selvittää jarrutuskykyvaatimusten päivittämisen vaikutuksia. Jarrutuskykyvaatimusten määrittelyn pohjana on jarrutusmatkan laskeminen kaluston ja ympäristön ominaisuudet huomioiden. Junan jarrutuskyvyn täytyy olla niin suuri, että tietty maksimijarrutusmatka ei ylity. Jarrutuskykyvaatimuksilla on merkitystä erityisesti poikkeustilanteissa, joissa osa kaluston jarruista on toimintakyvyttömiä. Tällöin nykyisin voimassa olevat vaatimukset rajoittavat junan suurimman sallitun nopeuden huomattavasti kaluston rakenteellista huippunopeutta alhaisemmaksi. Uudet vaatimukset laskettiin käyttämällä viittä eri laskentamenetelmää. JKV- ja ETCS-menetelmät ovat vastaavannimisten kulunvalvontalaitteistojen käyttämiä laskenta-algoritmeja. Lisäksi työn yhteydessä laadittiin uusi laskentamenetelmä fysikaalisten kaavojen ja kirjallisuuden pohjalta. Jarrutustapahtumaan liittyvien ilmiöiden tarkempaa tutkimista varten työssä laadittiin myös simulaatiomalli. Viides laskentamenetelmä, Mindenin kaava, jätettiin lopulta tarkastelun ulkopuolelle, sillä se ei sovellu yli 160 km/h nopeuksille. Näitä neljää menetelmää käyttäen laskettiin vaadittu minimijarrutuskyky lähtönopeuden funktiona siten, ettei jarrutusmatka koskaan ylitä 2400 m tai 3600 m. Nämä matkat perustuvat tiedonsiirtoetäisyyksiin, joilla nykyisin käytössä oleva JKV-kulunvalvontajärjestelmä lähettää junille tietoa. Jarrutustapahtuman ulkoiset parametrit määriteltiin vastaamaan huonointa mahdollista tilannetta jarrujen kannalta. Näihin parametreihin sisältyy muun muassa jyrkin mahdollinen lasku sekä huono kitkakerroin kisko–pyörärajapinnassa. Uudet arvot laskettiin nopeusalueella 110...220 km/h 10 km/h välein, sillä tavarajunat sekä muut korkeintaan 100 km/h nopeudella kulkevat junat rajattiin tutkimusalueen ulkopuolelle. Työ antaa perustan jarrutuskykyvaatimusten päivittämiselle. Käytössä olevat vaatimukset osoittautuivat laskelmissa paljon tarvittua korkeammiksi. Työssä annetaan neljä erilaista ehdotusta uusiksi vaatimuksiksi sekä pohditaan niiden tuomia hyötyjä ja haittoja. Ennen mahdollista virallistamista tulisi vielä tehdä kattava kustannushyötyanalyysi työssä esitetyille vaihtoehdoille. Suurin osa työssä annetuista vaihtoehdoista edellyttää myös muita selvityksiä koskien rataverkon varustusta, kuljettajien koulutuksen järjestämistä ja laskennan tulosten validointia teoreettisesti sekä koeajojen avulla.The objective of this thesis was to inspect the requirements for the braking ability of long distance passenger trains in Finland. The requirements currently in use are presented and new, updated values for the required braking ability are calculated. Very little documentation exists on the origins of the current requirements. One of the main focuses of the study is to collate the most important methods, formulae and parameters associated with train braking, as well as to clarify the effects of the alterations to the requirements. The basis for defining the requirements for braking ability is calculating the braking distances of trains. The required braking ability must be high enough to ensure that certain maximum braking distances are rarely, if ever, exceeded. These requirements become especially important in exceptional situations where some of the brakes on a train are out of order. According to the current requirements, in these situations the speed of the train must often be limited to a smaller value than the physical maximum speed of the train, leading to serious delays. The new requirements were calculated using five methods, which include the braking distance algorithms used by the Finnish and European train control systems, JKV and ETCS, respectively. In addition, a new formula for braking distance calculation was created by the author based on physical formulae and other available literature. To further examine the phenomena behind the braking event, a simulation model was created using the Matlab/SIMULINK software. The fifth calculation method used, the Minden formula, was excluded from the final calculations, as it became apparent that it is not suited for speeds over 160 km/h. Using these four methods, the required minimum braking ability was calculated as a function of the initial speed of the train so that the stopping distance would extremely rarely, if ever, exceed 2400 m or 3600 m. These numbers are based on the distances over which the currently used train control system transmits information to the trains. The external conditions of the braking event were adjusted to represent the worst-case scenario, which includes a steep downhill gradient and a poor coefficient of friction in the wheel–rail interface. The new values were calculated for speeds 110...220 km/h in steps of 10 km/h, since freight trains and other train types traveling at 100 km/h or slower were excluded from the work. According to the results obtained in this study, the requirements should be updated, as the current requirements proved to be unnecessarily strict. Four alternative models for updating the requirements are presented, and their benefits and disadvantages are discussed. Before any of the models can be taken into use, a comprehensive cost-benefit analysis of each model must be conducted. Furthermore, many of the suggested models also require additional research concerning track infrastructure, driver training and validating of the calculations both theoretically and experimentally.Description
Supervisor
Tammi, KariThesis advisor
Toikkanen, SimoSainio, Panu
Keywords
jarrut, juna, jarrutuskyky, jarrutusmatka, liikenne, rautatie