voorwoord Mijn ouders zijn beide werkzaam bij de Brusselse vervoersmaatschappij MIVB (Maatschappij voor het Intercommunaal Vervoer in Brussel) en dit van bij de opening van de eerste metrolijn. Zij hebben beiden een mooie carrière gemaakt. Sinds twee jaar werkt mijn zus ook vast bij het opleidingscentrum van de MIVB als lesgeefster. Door mijn eindwerk aan de M.I.V.B., heeft nu het gehele gezin te maken met dit bedrijf. Zelf ben ik binnen het gezin van zover ik het me kan herinneren geconfronteerd met het reilen en zeilen van tram, bus en metro in Brussel. Ik heb zelf zes jaar van het gemak van de vervoersmaatschappij MIVB gebruik gemaakt daar ik schoolgaand was in Sint-Pieters-Woluwe, Brussel. Aangezien ik een heel nieuwsgierig persoon ben op vlak van mechanische- en elektrische installaties en ook een voorkeur heb voor spoorgerelateerde voertuigen heb ik de kans met beide handen gegrepen om mijn kennis, verkregen via school en ervaring, te vergroten met dit eindwerk. Omdat de uitwerking van dit eindwerk niet mogelijk was zonder een goede begeleiding wens ik een bijzonder woord van dank te richten tot de personen die gezorgd hebben voor deze begeleiding. In de eerste plaats wil ik het bedrijf MIVB bedanken en in het bijzonder de heer Pierre Mosselmans en Marcel Goeman. Ik dank eveneens mijn interne promotor Isabel Sweertvaegher voor haar begeleiding Lode Degeyter, Bjorn Mosselmans en Geert Charita voor de hulp op het juiste moment. Mei 2007
Inhoudsopgave INLEIDING... - 1-1. DOELSTELLINGEN VAN HET EINDWERK...- 1-1.1. Evolutie van de remsystemen... - 1-1.2. Praktische performantiebepaling van de elektro-pneumatische rem bij een metrostel... - 2-2. BEDRIJF MIVB-STIB...- 3 - HOOFDSTUK I : EVOLUTIE VAN DE REMSYSTEMEN... - 4-1. HET PRILLE BEGIN...- 4-2. TOT STAND BRENGEN VAN VERTRAGING DOOR WRIJVING...- 4-2.1. Direct op de het loopvlak van het wiel... - 4-2.2. Direct op de een schijf op de as... - 5-2.3. Direct op de spoorstaaf (elektromagnetisch)... - 6-2.4. Vertragen met behulp van de krachtbron... - 7-2.5. Elektrodynamische rem... - 7-2.6. Hydraulisch... - 7-3. METHODEN OM EEN REMKRACHT TE CREËREN...- 7-3.1. Pneumatische rem... - 7-3.1.1. Direct systeem...- 7-3.1.2. Indirect systeem met perslucht, Westinghouse ( fale-safe systeem)...- 8-3.2. Indirect Elektro-pneumatische rem... - 9 - HOOFDSTUK II: PRAKTISCHE PERFORMANTIEBEPALING VAN DE ELEKTRO- PNEUMATISCHE REM BIJ EEN METROSTEL... - 10-1. BESCHRIJVING VAN HET REMSYSTEEM VAN HET M1 METROSTEL...- 11-1.1. Inleiding... - 11-1.2. Recuperatieremmen of reostatische remmen... - 12-1.3. Elektromagnetische railrem... - 14-1.4. Elektropneumatische rem... - 15-1.4.1. Eppda...- 17-1.4.2. Lastdruk regeling...- 18-1.4.3. Differentiaalrelais....- 21-1.4.4. Noodventiel....- 21-1.4.5. Lastrelais...- 22-1.4.6. Antislipventiel...- 23-1.4.7. Remcilinder....- 23-1.5. Zuiver pneumatische rem... - 24-2. BESCHRIJVING VAN HET MECHANISCH REMWERK...- 27-2.1. Opbouw... - 27-2.2. Remcilinder... - 29-2.2.1. Hydraulisch gedeelte (parkeerrem)...- 29-2.2.2. Automatisch spelingsopvanger...- 29-3. PERFORMANTIES VAN HET REMSYSTEEM...- 30-3.1. Belastingsgraden... - 30-3.2. Politiereglement... - 30-3.3. Lastenboek... - 31-4. THEORETISCHE BEPALING VAN DE VERTRAGING VAN HET VOERTUIG...- 32 - Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig I
4.1. Berekenen van het remmend moment... - 33-4.1.1. Bepaling van het cilinderoppervlakte...- 35-4.1.2. Bepaling van de veerkracht van de remcilinder...- 35-4.1.3. De verschillende drukken van de remcilinders...- 37-4.1.4. Het rendement van het stangenstel...- 38-4.1.4.1. Opbouw van de proefopstelling...- 38-4.1.4.2. Werking van een piëzo-elektrisch element...- 40-4.1.4.3. Resultaten...- 40-4.1.4.4. Meetresultaten voor een gereviseerd stangenstelsel...- 41-4.1.4.5. Meetresultaten op een versleten stangenstelsel...- 41-4.1.4.6. Invloed bepalen van de dikte van de garnituren...- 42-4.1.4.7. Besluiten getrokken uit de testen...- 43-4.1.5. Bepaling van de wrijvingscoëfficiënt...- 44-4.1.5.1. Wat is de wrijvingscoëfficiënt...- 44-4.1.5.2. Beïnvloeding van de wrijvingscoëfficiënt bij een remming...- 45-4.1.5.3. Bespreking van de wrijvingscoëfficiënt van de twee gebruikte remschoenen...- 45 - Bremskerl 4971...- 45 - Frendo 2126...- 46-4.2. Straal van de wielen... - 46-4.3. Bepalen van de rolweerstaand en de wrijvingsweerstand... - 47-4.4. Bepaling van de af te remmen inertie... - 47-4.4.1. Equivalente inertie teruggerekend ten opzichte van de wielen...- 48-4.4.1.1. Het wiel...- 49-4.4.1.2. De as...- 49-4.4.1.3. De remschijven...- 50-4.4.1.4. Reductiekast...- 50-4.4.1.5. Cardanas...- 51-4.4.1.6. Elektromotor...- 51-4.4.1.7. Totale draaiende inertie...- 52-4.4.2. Bepaling van de massa van het voertuig...- 52-4.4.2.1. W0...- 52-4.4.2.2. W1...- 52-4.4.2.3. W2...- 53-4.4.2.4. W3...- 53-4.4.2.5. W4...- 53-4.5. Berekenen van de vertraging... - 54-5. PRAKTISCHE BEPALING VAN DE VERTRAGING...- 55-5.1. Plaats... - 55-5.2. Voertuig... - 55-5.3. Meetopstelling en meetapparaten... - 55-5.3.1. Het meten van de snelheid...- 55-5.3.2. Bepaling van de versnelling...- 55-5.3.3. Berekenen van de afgelegde weg...- 55-5.3.4. Meten van de starttijd van de meting...- 56-5.3.5. Wielstraal...- 56-5.3.6. Meten van de remcilinderdruk...- 56-5.3.7. Opstelling voor het bevochtigen van de remschijven...- 56-5.3.8. Simuleren van de belasting W3...- 57-5.3.9. Meetwerkwijze...- 57-5.4. Meetresultaten... - 58-5.4.1. Belastingsklasse W0...- 58-5.4.1.1. Metingen met Bremskerl W0, EP...- 58-5.4.1.2. Metingen met Bremskerl W0, EP met water...- 58-5.4.1.3. Metingen met Bremskerl W0, EP met hete remschijven...- 59-5.4.1.4. Metingen met Frendo 2126,W0, EP...- 59 - Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig II
5.4.1.5. Metingen met Frendo 2126,W0, EP met water...- 59-5.4.1.6. Metingen met Frendo 2126,W0, EP met hete remschijven...- 60-5.4.2. Belastingsklasse W3...- 60-5.4.2.1. Metingen met Frendo 2126,W3, EP...- 60-5.4.2.2. Metingen met Frendo 2126,W3, EP met water...- 60-5.4.2.3. Metingen met Frendo 2126,W3, EP met hete remschijven...- 61-5.4.2.4. Metingen met Bremskerl,W3, EP...- 61-5.4.2.5. Metingen met Bremskerl, W3, EP met water...- 61-5.4.2.6. Metingen met Bremskerl, W3, EP met hete remschijven...- 62-5.4.3. Besluiten...- 63 - ALGEMEEN BESLUIT... - 64 - BIBLIOGRAFIE... - 67 - BIJLAGE 1 :GEGEVENS VAN DE METRO TYPE M1... - 68 - BIJLAGE 2:SCHOUWING EO 14.16.20... - 70 - BIJLAGE 3 FRENDO 2126... - 73 - BIJLAGE 4: BREMSKERL 4771... - 76 - BIJLAGE 5: SCHEMA STANGENSTELSEL... - 81 - BIJLAGE 6: MEETRESULTATEN VAN DE VERTRAGINGSMETINGEN... - 82 - BIJLAGE 7: REGISTRATIES VAN DE METINGEN... - 84 - Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig III
LIJST VAN TABELLEN, FIGUREN Tabel 1 belastingsklasse gekoppeld met de remcilinderdrukken... - 37 - Tabel 2 meetresultaten op een gereviseerd stangenstelsel... - 41 - Tabel 3 meetresultaten voor een versleten stangenstelsel... - 42 - Tabel 4 Metingen bij nieuwe garnituren met dikte van 24 mm... - 42 - Tabel 5 metingen versleten garnituren 13mm... - 43 - Tabel 6 Verschilanalyse tussen de rendementen in functie van de dikte van de remgarnituren... - 43 - Tabel 7 Totale inertie van 2 draaistellen... - 52 - Tabel 8 vertragingsberekening... - 54 - Tabel 9 Bremskerl W0, EP... - 58 - Tabel 10 Bremskerl W0, EP met water... - 58 - Tabel 11 Bremskerl W0, EP met hete remschijven... - 59 - Tabel 12 Frendo 2126,W0, EP... - 59 - Tabel 13 Frendo 2126,W0, EP met water... - 59 - Tabel 14 Frendo 2126,W0, EP met hete remschijven... - 60 - Tabel 15 Frendo 2126,W3, EP... - 60 - Tabel 16 Frendo 2126,W3, EP met water... - 60 - Tabel 17 Frendo 2126,W3, EP met hete remschijven... - 61 - Tabel 18 Bremskerl,W3, EP... - 61 - Tabel 19 Bremskerl, W3, EP met water... - 61 - Tabel 20 Bremskerl, W3, EP met hete remschijven... - 62 - Figuur 1: Schijfrem van een metrovoertuig... - 2 - Figuur 2: Metro te Brouckere... - 3 - Figuur 3 Remmen op het loopvlak... - 5 - Figuur 4 Remmen door middel van een schijfrem... - 5 - Figuur 5 Remmen met een schijfrem op het wiel... - 6 - Figuur 6 Remmen met een elektromagneet railrem... - 6 - Figuur 7 Direct remsysteem... - 8 - Figuur 8 Indirect systeem: vullen van hulpreservoir... - 8 - Figuur 9 Indirect systeem: remming... - 9 - Figuur 10: elektro-pneumatische rem... - 9 - Figuur 11 Metro te Delta... - 10 - Figuur 12 Opbouw manipulator... - 12 - Figuur 13 reostatische remmen... - 13 - Figuur 14 Elektrisch schema railrem... - 14 - Figuur 15 Manipulator met potentiometer... - 15 - Figuur 16 remsysteem... - 16 - Figuur 17 schematische voorstelling van de EPPDA... - 17 - Figuur 18 EPPDA... - 17 - Figuur 19 Veerkussens en nivelleringsventiel... - 18 - Figuur 20 Nivelleringsventiel en veerkussens... - 19 - Figuur 21 Schematische voorstelling lastregeling... - 20 - Figuur 22 Differentieel relais... - 21 - Figuur 23 Schematische voorstelling van het noodventiel... - 22 - Figuur 24 Schematische voorstelling van de lastrelais... - 22 - Figuur 25 Schematische voorstelling van de remcilinder... - 23 - Figuur 26 Remcilinder... - 23 - Figuur 27 Schema Elektro-pneumatisch rem... - 25 - Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig IV
Figuur 28 Draaistel met de 2 remcilinders... - 27 - Figuur 29 zijaanzicht van het stangenstelsel van remcilinder naar remschoenen en remschijven... - 28 - Figuur 30 bovenaanzicht van het stangenstelsel van remcilinder naar remschoenen en remschijven... - 28 - Figuur 31 Schematische voorstelling van de remcilinder... - 29 - Figuur 32 Stangenstelsel... - 33 - Figuur 33 Remkracht op de schijfrem... - 34 - Figuur 34 remmende assen... - 35 - Figuur 35 lengteveranderingen bij de veren van de remcilinder... - 35 - Figuur 36 Metingen k-waarde van veer... - 36 - Figuur 37 Meetopstelling, rendementsmeting van stangenstelsel... - 38 - Figuur 38 Drukregelaar met digitale uitlezing... - 39 - Figuur 39 Piëzo-elektrische sensoren... - 39 - Figuur 40 Bij nieuwe garnituren van 24mm... - 42 - Figuur 41 Bij versleten garnituren 13 mm... - 43 - Figuur 42 rendementsverloop stangenstelsel... - 44 - Figuur 43 a en b,wrijvingscoëfficiënt bij de Bremskerl 4971 remschoenen... - 45 - Figuur 44 Wrijvingscoëfficiënt bij de Frendo 2126 remschoenen... - 46 - Figuur 45 Vertraging door wrijvings- en rolweerstand... - 47 - Figuur 46 inertiebepaling per draaistel... - 48 - Figuur 47 equivalente inertie teruggerekend naar de wielen... - 48 - Figuur 48 Inertie van het wiel en wielband... - 49 - Figuur 49 Inertie van de as... - 49 - Figuur 50 Inertie van de wielen... - 50 - Figuur 51 Inertie van de reductiekast... - 50 - Figuur 52 Inertie van de cardanas... - 51 - Figuur 53 Inertie van de tractiemotor... - 51 - Figuur 54 Bevochtigen van remschijven... - 56 - Figuur 55 Simulatie van de belasting W3... - 57 - Figuur 56 samenvattende grafiek van de praktische testen... - 63 - Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig V
Inleiding 1. Doelstellingen van het eindwerk Het eindwerk is opgesplitst is twee hoofdstukken waarbij in het eerste hoofdstuk wordt bekeken op welke manieren een metrostel kan worden afgeremd. In het tweede hoofdstuk wordt op praktische wijze de prestatietest van een remsysteem onderzocht en nagegaan of deze nog voldoet aan de gestelde eisen in het lastenboek. 1.1. Evolutie van de remsystemen Vanaf het ogenblik dat de mens iets een het rollen heeft gebracht begon de geschiedenis van het remmen. Er is een grote verscheidenheid aan systemen om een spoorvoertuig tot stilstand te brengen in normale en in noodsituatie. Het is nuttig, in het kader van deze thesis, om de evolutie van remsystemen van spoorvoertuigen te schetsen. Versnellen op zich houdt niet zoveel risico s in als vertragen, wanneer de vertraging, door remmen, wegvalt kan dit zware gevolgen hebben. Een remsysteem moet zo geconcipieerd zijn dat indien iets fout gaat het systeem naar de meest veilige toestand moet gaan, dit wordt fail safe genoemd. Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 1 -
1.2. Praktische performantiebepaling van de elektro-pneumatische rem bij een metrostel Figuur 1: Schijfrem van een metrovoertuig Sinds de in dienst name van de Brusselse Metro in 1976 wordt het remsysteem van de metrostellen op regelmatige en systematische basis onderworpen aan een volledige controle van de prestaties zoals, na veranderingen en aanpassingen, bij gebruik van andere materialen, en minstens om de tien jaar. Tijdens deze controle wordt gekeken of de remming van het metrostel nog steeds voldoet aan de gestelde eisen van het lastenboek en aan de voorschriften van het politiereglement voor het openbaar vervoer. Indien afwijkingen worden vastgesteld worden deze gecorrigeerd, geregeld en aangepast teneinde opnieuw te voldoen aan de voorgeschreven normen. Praktisch wordt na elk onderhoud getoetst naar de prestaties van de reminstallaties. Tijdens deze thesis wordt op elk onderdeel van de remuitrusting van de metrostellen getest. Bij deze uitgebreide controles, proeven en berekeningen zal het rendement van het stangenstelsel, de veranderingen van de wrijvingcoëfficiënt bij verschillende omstandigheden zoals vochtigheid, temperatuur en de inwerking van de inertie van de draaiende delen op de vertraging van het voertuig, geanalyseerd worden. Verder zal ook een vergelijking gemaakt worden tussen de twee gebruikte type remkussens. Deze praktische testen gebeuren met een metrostel op een testspoor gelegen in de Metrostelplaats van Delta te Oudergem (Brussel). Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 2 -
2. Bedrijf MIVB-STIB MIVB staat voor Maatschappij voor het Intercommunaal Vervoer in Brussel, voor het tweetalige Brussel is de Franstalige benaming STIB en dit staat voor Société des Transports Intercommunaux de Bruxelles. De MIVB werd opgericht in 1954 en is sindsdien een publiekrechtelijke vennootschap met rechtspersoonlijkheid. Vandaag zijn er ongeveer een 6400 werknemers. De Maatschappij is de grootste openbare stedelijke vervoersmaatschappij van België. Het werkterrein strekt zich uit over de 19 gemeenten van het Brusselse Hoofdstedelijk Gewest en over 10 randgemeenten. Ze verzorgt de verbindingen over een oppervlakte van 241,5 km² en brengt per jaar 270 miljoen reizigers op hun bestemming met de metro, tram en busdiensten. De eerste metrolijn werd in dienst genomen op 20 september 1976 tussen Brouckere (het stadscentrum) en Beaulieu (Oudergem) enerzijds en Tomberg (Sint-Lambrechts-Woluwe) anderzijds. Sinds 1988 werd de lijn 2 langs de kleine ring in gebruik genomen. De lijn 1 kende verschillende uitbreidingen de laatste 20 jaar (Koning Boudewijn 1998) en Erasmus (2003) Delacroix (2006). Vandaag vervoert de Brusselse metro (43,5 km) met 58 stations op een weekdag ongeveer 420.000 reizigers. In 2009 wordt de kleine ringlijn gesloten en zijn er plannen om de noord zuid as (lijn 3) waarvan nu al een deel ondergronds wordt gebruikt door tramrijtuigen, de derde metrolijn te maken. Het metrovervoer is ontwikkeld om in een stad, een groot aantal mensen op een comfortabele en snelle manier te vervoeren. Dit is verwezenlijkt voornamelijk door de bouw van tunnels en garandeert een volledig onafhankelijke eigen bedding waardoor het verkeer geen hinder ondervindt van het andere stadverkeer. De voertuigen hebben veel deuren om snel en efficiënt in- en uitstappen op een korte tijd te kunnen realiseren. Samen met een zeer efficiënte versnelling en vertraging geeft dit een commerciële snelheid van 30 km/u voor het metroverkeer. Figuur 2: Metro te Brouckere Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 3 -
HOOFDSTUK I : Evolutie van de remsystemen 1. Het prille begin In het prille begin van de voertuigen werd geremd door de remkracht van een paard, of door het aanbrengen van een handrem op een van de wielen. Dit was een rudimentaire rem zonder enige veiligheid. Wanneer de kar loskwam van het paard en de bestuurder niet meer de mogelijkheid had om te remmen met een handrem was het gevolg onvoorspelbaar. Er was in die tijd zeker geen standaard en alle remsystemen waren verschillend. Onderlinge uitwisselingen van enige uitrusting was toen onmogelijk. 2. Tot stand brengen van vertraging door wrijving 2.1. Direct op de het loopvlak van het wiel De remblok heeft direct contact met het loopvlak van het wiel. Door de druk te vergroten, vergroot de wrijving. Remblokken zijn gemaakt van verrijkt gietijzer, gesinterd metaal of kunststof. De blokrem heeft als gevolg dat de wielen van de trein ruw worden waardoor de trein aanzienlijk meer geluid maakt dan een trein met schijfremmen. Voordeel van deze ruwheid is dat het wiel niet snel blokkeert en dus minder last heeft van vlakke kanten op de wielen. De remblok wordt tot de jaren 70 het meest gebruikt bij spoorvoertuigen. Deze manier van remmen houdt verschillende nadelen in: Het materiaal van de remschoenen moet zachter zijn dan deze van de loopvlakken van de wielen. Dit omdat de slijtage het grootst moet zijn bij de remschoenen en zo klein mogelijk op de wielen. Slijtage op de loopvlakken is echter onvermijdelijk zelfs wanneer zacht materiaal gebruikt wordt. Om de beschadiging door slijtage van het loopvlak te kunnen herstellen wordt het wiel afgedraaid (herprofileren). Het wiel is vervaardigd uit drie delen, het gat voor de as, het wielvlak en de wielband. Door deze constructie hoeft niet het ganse wiel vervangen te worden maar kan alleen de wielband vervangen worden. Het samenvoegen van de drie wielonderdelen is een nauwe perspassing. De wielband wordt bij het plaatsen verwarmd zodat deze uitzet en over het wiel kan geplaatst worden. Door de afkoeling krimpt de wielband strak over het wiel. Door het plaatsen van een wielband wordt echter een extra risico gecreëerd doordat deze kan loskomen. Bij een defecte rem zal het remsysteem naar een zo veilig mogelijke toestand gaan, dus remmen. Als dit één enkele as van een aantal voertuigen is zal de bestuurder dit niet Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 4 -
merken maar het wiel warmt echter wel op. Bij een oververhitting van de wielband bestaat de kans dat deze uitzet door de warmte en los komt. Daarom worden op de wielen, bestaande uit een wiel en wielband, witte lijnen aangebracht om visueel te kunnen controleren of de wielband nog steeds correct zit. Figuur 3 Remmen op het loopvlak 2.2. Direct op de een schijf op de as Bij dit type zijn remschijven rechtstreeks op de assen gemonteerd, deze worden tijdens het remmen tussen remgarnituren (remblokken) geklemd. Deze constructie laat toe de remgarnituren gemakkelijker te vervangen. De loopvlakken van de wielen worden door het remmen niet meer belast met extra slijtage. Bij schijfremmen is de remwerking bij hoge snelheden beter dan bij de remming op de loopvlakken met de blokrem. Het vervangen van de slijtende delen van de wielen, de wielbanden, hoeft dan niet meer zo frequent te gebeuren. Hierbij moet enkel de schijfrem op de as vervangen worden. Figuur 4 Remmen door middel van een schijfrem Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 5 -
Daar bij elektrisch aangedreven treinen een aantal assen door een elektromotor worden aangedreven is het soms moeilijk om bijkomend aan de elektromotor een schijfrem te plaatsen op de as tussen de twee wielen. Vandaar dat de schijfrem soms op de zijwanden van de wielen wordt geplaatst. Figuur 5 Remmen met een schijfrem op het wiel 2.3. Direct op de spoorstaaf (elektromagnetisch) Figuur 6 Remmen met een elektromagneet railrem Bij de elektromagnetische railrem wordt een magneet op de spoorstaaf neergelaten. De aantrekkingskracht van de magneet veroorzaakt wrijving op de spoorstaaf, waardoor een grote remkracht ontstaat en de trein zeer snel kan afremmen. Deze methode van remmen wordt enkel bij noodremmingen gebruikt. Bij dit type rem treedt een verhoogde slijtage van de spoorstaaf op. De magnetische railrem werd voor het eerst toegepast op tramvoertuigen omdat deze vaak op gladde spoorstaven moet afremmen en de sporen bedekt kunnen zijn met gras en bladeren. De energie voor het afremmen is meestal afkomstig van batterijen Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 6 -
2.4. Vertragen met behulp van de krachtbron Het is ook mogelijk om een vertraging tot stand te brengen met behulp van een krachtbron, te vergelijken met het afremmen op de motor bij een auto. Dit principe is geen volwaardige remmogelijkheid en houdt vaak beperkingen in. Indien dit heel goed verfijnd en gedimensioneerd wordt kan dit aardig in de buurt komen van de stilstand. Deze manier van vertragen kan ook minder het primaire remsysteem belasten. Dit principe wordt vaak toegepast bij spoorvoertuigen, waar indirect vertraagd wordt tot een bepaalde snelheid om dan door het directe systeem overgenomen te worden. Bij spoorvoertuigen die vaak lange tijd in remming moeten blijven kan dit systeem een oplossing bieden zodat de primaire rem niet oververhit raakt. 2.5. Elektrodynamische rem De elektrodynamische rem zet de kinetische energie om in elektrische energie. De opgewekte elektrische energie wordt in de remweerstanden omgezet in warmte of wordt teruggevoerd naar het voedingsnet (recuperatie). Bij een lagere snelheid neemt de pneumatische rem met blok- of schijfrem het werk over om het voertuig tot stilstand te brengen. 2.6. Hydraulisch In dit systeem wordt de remming verkregen doordat de hydraulische transmissie, de kinetische energie omzet in warmte, de remming heeft alleen effect op de aangedreven assen. 3. Methoden om een remkracht te creëren 3.1. Pneumatische rem Dit is de meest gebruikt vorm van remmen. Een met perslucht gevulde remcilinder drukt tegen een stangenstelsel dat op zijn beurt de remgarnituren of remblokken tegen een draaiend voorwerp aandrukken. Een groot nadeel van de pneumatische rem is dat indien er zich een lek in de leiding voordoet er nagenoeg geen druk meer kan doorgevoerd worden naar de remcilinder. Dit is dus niet fail-safe (bij een fout moet het naar de veiligste toestand gaan). Het remmen met perslucht kan onderverdeeld worden in twee stukken, een niet fail-safe systeem (direct) en een Westinghouse remsysteem (indirect) dat op perslucht werkt dat wel fail-safe is. 3.1.1. Direct systeem Het direct systeem is dus de eenvoudigste versie van een pneumatisch systeem waar de druk in een remkraan (manipulator) wordt geregeld van 0 bar tot de maximale remdruk in de remcilinder. Deze druk gaat dan via een leiding naar de remcilinder. Het grote nadeel hiervan is dat dit remsysteem niet kan gebruikt worden voor het remmen van extra voertuigen gekoppeld met het voertuig waar de bestuurder zich in bevindt. Aangezien de kans bestaat dat zich een koppelingsbreuk voordoet zijn de overige voertuigen niet meer te remmen. Een direct pneumatisch remsysteem kan dus enkel gebruikt Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 7 -
worden op het voertuig waar de bestuurder zich bevindt. Remcilinder Remkraan Voedingsdruk Mechanisch of elektronisch Figuur 7 Direct remsysteem 3.1.2. Indirect systeem met perslucht, Westinghouse ( fale-safe systeem) Het indirect remsysteem wordt onderscheiden van het direct systeem door het gebruik van een hoofdremleiding. De druk in de hoofdremleiding is omgekeerd evenredig met de druk die moet voorkomen in de remcilinder. De hoofdremleiding zal de volledige trein doorlopen en in elk voertuig wordt er van deze remleiding afgetakt. Hier is al duidelijk dat wanneer er zich een lek voordoet, de druk in de hoofdremleiding zal dalen en dus de remdruk maximaal wordt. De druk die zich opbouwt in de remcilinder is dus niet rechtstreeks afkomstig van de hoofdremleiding. Tijdens de niet-geremde toestand heerst er een druk van 5,2 bar in de hoofdremleiding, hierdoor zullen de verschillende remverdelers in elk voertuig de hulpreservoirs vullen. Figuur 8 Indirect systeem: vullen van hulpreservoir Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 8 -
Indien de bestuurder de remkraan bedient om te remmen zal deze de druk in de hoofdremleiding doen dalen. De remverdeler merkt deze daling en zal omgekeerd evenredig de druk in de remcilinder doen stijgen. Deze druk is niet afkomstig van de hoofdremleiding maar wel van het hulpreservoir. Figuur 9 Indirect systeem: remming Als de druk terug stijgt in de hoofdremleiding zal de remverdeler de druk in de remcilinder doen dalen. 3.2. Indirect Elektro-pneumatische rem De elektro-pneumatische rem gebruikt het directe systeem, hier is de druk afkomstig van een reservoir dat gevuld wordt vanuit de hoofdtoevoerleiding wat rechtstreeks van de compressor afkomstig is. Tussen het reservoir en de hoofdtoevoerleiding is een terugslagklep geplaatst om te voorkomen dat de druk terugstroomt van het reservoir naar de hoofdtoevoerleiding. Indien zich een probleem voordoet met de hoofdtoevoerleiding dan kan er nog steeds geremd worden. De elektronische drukregelaar wordt dan gestuurd door een stroom, een digitaal signaal of een databus. Figuur 10: elektro-pneumatische rem Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 9 -
HOOFDSTUK II: Praktische performantiebepaling van de elektro-pneumatische rem bij een metrostel In de eerste plaats wordt de vertraging van een metrostel type M1 theoretisch bepaald. Het is een zeer uitgebreide opgave om, rekening houdende met alle constante en variabele factoren de vertraging van een spoorvoertuig theoretisch te bepalen. Hiervoor zullen bepaalde delen meer in detail uitgewerkt worden dan andere omdat deze logisch of juist onlogisch zijn in het bepalen van de vertraging. Vervolgens worden de vertragingen praktisch bepaald door het uitvoeren van dynamische metingen op een rijdend metrostel. Deze metingen worden nadien vergeleken met de theoretische berekening van de vertraging. Figuur 11 Metro te Delta Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 10 -
1. Beschrijving van het remsysteem van het M1 metrostel 1.1. Inleiding Het remsysteem is één van de belangrijkste organen van een voertuig omdat er in alle mogelijke omstandigheden moet kunnen gestopt worden, zo snel en comfortabel mogelijk. Om deze reden worden de remsystemen van een spoorvoertuig op de meest veilige manier ontworpen. Een remsysteem van een spoorvoertuig is meervoudig en complex.. Daarom wordt elk afzonderlijk remsysteem opgesplitst en zal elk onderdeel apart besproken en verklaard worden. Zowel de aanzet als de remming van een metrovoertuig worden bevolen door één enkele kruk (de manipulator). Met de manipulator in de remmingzone stemt de graduele positie van de manipulator overeen met een welbepaalde graad van remming en dit onafhankelijk van de belasting van het voertuig. Op het einde van de remmingzone bevindt zich de noodrem, de manipulator kan dus de remming bevelen en indien er zich een noodsituatie voordoet, eveneens in één directe beweging de noodrem bevelen. Een tractie-eenheid bestaat uit twee permanent gekoppelde voertuigen met aan elk uiteinde een bestuurderscabine (stuurpost) met een manipulator. Vanuit elke stuurpost kan deze manipulator bediend worden door de bestuurder voor het bevelen van zowel de tractie als de remming. Er zijn vier verschillende remmingen mogelijk die hieronder besproken worden: Recuperatierem Elektromagnetische railrem Elektro-pneumatische rem (EP) Zuiver pneumatische rem (ZP) Recuperatieremming en elektro-pneumatische remming zijn de meeste gebruikte in normale exploitatie. Een volledige remcyclus verloopt als volgt, eerst zal de recuperatieremming plaatsvinden bij hoge snelheden, wanneer de snelheid daalt onder een bepaalde referentiesnelheid wordt automatisch overgeschakeld naar elektro-pneumatische remming. Indien de recuperatieremming defect is wordt automatisch overgeschakeld op de remming. Indien de twee voorgaande remmingen defect zijn, wordt op zijn beurt eveneens automatisch overgeschakeld naar zuiver pneumatische remming, welke overeenkomt met een indirect pneumatisch remsysteem. Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 11 -
De manipulator is opgebouwd uit een elektrisch en een pneumatisch deel. De manipulator is verbonden met een centrale as die voorzien is van nokken en deze zorgen er voor dat de nodige elektrische contacten geopend of gesloten worden in functie van de stand van de manipulator. Tegelijkertijd worden in het pneumatisch gedeelte eveneens ventielen bediend door een gelijkaardig nokkensysteem Handbediening (manipulator) Elektro-pneumatische sturing Elektrisch deel Pneumatisch deel Figuur 12 Opbouw manipulator 1.2. Recuperatieremmen of reostatische remmen Dit is de normale dienstrem die meest gebruikt wordt. Bij een lage snelheid ( < 15 km/h) zal de reostatische rem verzwakken en vervangen worden door de elektro-pneumatische rem. Dit punt van overschakeling zal zich voordoen wanneer de reostatische remstoom kleiner is dan 50 A, wat overeenstemt met een snelheid kleiner dan 15 km/h. De reden waarom dit op 15 km/u voorkomt is omdat de overgang in alle omstandigheden, dus ook op een Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 12 -
helling, moet kunnen plaatsvinden. Deze overgang gebeurt geleidelijk. Tijdens het remmen wordt de serie tractiemotor gebruikt als serie dynamo. Deze zal zijn opgewekt vermogen dissiperen in de remweerstanden. De remhakker (chopper) en de regeling zorgt voor het continu remkoppel. a [m/s 2 ] v [km/u] a v Tijd[s] Figuur 13 reostatische remmen Op de bovenstaande figuur is de zone aangeduid waar de remhakker op vol vermogen een remming verzorgt tot wanneer de snelheid gedaald is tot 15km/u. Op dat moment is de stroom, en dus het remkoppel, te laag om in alle omstandigheden voldoende remming te kunnen geven en neemt de elektro-pneumatische rem over. Door deze overgang is een zadelpunt zichtbaar bij de overschakeling van reostatische naar elektro-pneumatische rem (rood omcirkeld op de bovenstaande figuur). Deze werking heeft als voordeel dat de mechanische rem gespaard wordt van extra slijtage. Deze vorm van remmingovername heet substitutierem. Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 13 -
1.3. Elektromagnetische railrem Figuur 14 Elektrisch schema railrem De elektromagnetische railrem werkt op 110V en bestaat uit twee spoelen waarover parallel een diode staat om de piekspanningen kort te sluiten wanneer de voeding weggenomen wordt. Indien de spoelen onder spanning gezet worden zal er een magnetisch veld gecreëerd worden. Deze veldlijnen die uit de railrem komen proberen zich te sluiten door een medium met een kleine magnetische weerstand. Omdat de magnetische weerstand van lucht vele malen groter is dan deze van de stalen rail zal er een aantrekkingskracht optreden tussen de railrem en de rail. Door de wrijving tussen de railrem en de rail wordt een remmende kracht gegenereerd die het voertuig snel kan doen afremmen. Bij deze remmogelijkheid moet met de ruk rekening gehouden worden aangezien deze zeer hoog kan oplopen net voordat het voertuig tot stilstand komt. Hiervoor worden de railremmen automatisch uitgeschakeld bij snelheden kleiner dan 5km/u om een minimaal aan comfort te verzekeren in geval van noodrem. Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 14 -
1.4. Elektropneumatische rem Bij een snelheid lager dan 15km/h of bij afwezigheid van een remstroom in de tractiemotoren treedt de elektro-pneumatische rem in werking. De elektro-pneumatische rem is een mechanische rem die pneumatisch gestuurd wordt. In elke stuurcabine bevindt zich een manipulator waarvan in het bovenste deel een potentiometer gekoppeld is aan de doorlopende as van de handbediening. Deze potentiometer regelt een spanning die recht evenredig is met de hoeveelheid die moet geremd worden. Deze spanning wordt in de stuurpost door een regelkring omgevormd naar een stroom gaande van 90 ma bij ledige remcilinders tot 1686 ma in volledig geremde toestand. Figuur 15 Manipulator met potentiometer Deze stroom werkt in op een elektrisch gestuurde ontspanner via een koppelmotor, die de EPPDA wordt genoemd (Electro Pneumatische Piloot Direct en Automatisch) De EPPDA levert een aangepaste stuurdruk af voor de opbouw van de remdruk afhankelijk van de stroom in de stoomkring (hoeveelheid remming) en de aard van de belasting Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 15 -
Figuur 16 remsysteem Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 16 -
1.4.1. Eppda (3) (1) (4) (2) Figuur 17 schematische voorstelling van de EPPDA De door de potentiometer bevolen stroom vloeit in de EPPDA-lus, deze stroom werkt via de treindraden in op al de koppelmotoren (4) van het voertuig. In functie van de stroom gaat de motor een aangepast moment uitoefenen op de ontspanner. Bij een DC motor is namelijk de stroom recht evenredig met het koppel M, op de motorconstante k na. Aan de uitgang (1) van de EPPDA komt dan een stuurdruk in functie van het koppel van de motor. De initiële druk is afkomstig van het hoofdreservoir (3). Om een constante remafstand te blijven behouden bij een ledig en een geladen voertuig, wordt de stuurdruk van de rem hier eveneens aangepast in functie van de belasting (2). Een hogere lastdruk zal een hogere remdruk geven. Figuur 18 EPPDA Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 17 -
1.4.2. Lastdruk regeling Om de lastdruk te verkrijgen wordt gebruik gemaakt van de secondaire ophanging 1 van het systeem. Deze verende rubberen kussens (2) in figuur 19 hebben verschillende taken. Ten eerste zoals de naam het laat vermoeden hebben ze een dempende werking en verhoogt hun werking het comfort van de reizigers doordat ze de trillingen, die ontstaan door het contact van de metalen wielen op een metalen rail, gaan dempen. (1) (2) (2) (1) (2) (2) (1) (2) (2) (1) (2) (2) Figuur 19 Veerkussens en nivelleringsventiel Deze lastregeling zorgt er ook voor dat de vloer van de rijtuigen zich steeds op dezelfde hoogte ten opzichte van de perrons zal bevinden en dit in alle omstandigheden, geladen of leeg. Om dit te bereiken wordt gebruik gemaakt van nivelleringsventielen (1) die druk toevoegen aan- of laten ontsnappen uit- de kussens (2) in functie van de lasthoogte van de vloer. Dit ventiel staat op het frame van het draaistel op een vast punt en is verbonden via een stang aan een punt boven de kussens. Door deze stang wordt het ventiel bediend en zal het ofwel druk toevoegen of druk laten ontsnappen uit de kussens tot wanneer het zijn evenwicht, de horizontale stand, heeft bereikt. 1 Secundaire ophanging: is de ophanging of vering die de draaistel met de kast koppelt, de primaire ophanging of vering is deze waar de wielen aan de draaistel worden gekoppeld. Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 18 -
Figuur 20 Nivelleringsventiel en veerkussens Wanneer het voertuig zwaarder beladen is door meer passagiers, worden de kussens meer ingedrukt door het hogere gewicht dat deze moeten dragen. Hierdoor wordt het nivelleringsventiel bediend en zal de druk in de kussens opgevoerd worden totdat het ventiel terug in ruststand komt. Als er passagiers uitstappen wordt het omgekeerde verkregen, de vloer zal te hoog komen te staan vanwege een te grote druk in de kussens. Het nivelleringsventiel zal er dan voor zorgen dat de druk daalt tot een evenwicht is gevonden. Door dit systeem van drukstijging en drukdaling wordt een goed beeld verkregen van de belasting van het voertuig namelijk de druk in de kussens is een exact beeld van de belasting van het voertuig. Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 19 -
(2) (1) (3) Figuur 21 Schematische voorstelling lastregeling De informatie van de rechterzijde en de linkerzijde van de veerkussens wordt vergeleken en het gemiddelde wordt gemaakt (3), deze informatie wordt dan gebruikt om zowel de elektrische rem en tractie als de elektro-pneumatische (1) en zuiver pneumatische remmen (2) aan te passen aan de belasting van het voertuig, teneinde altijd onder alle omstandigheden een zelfde remafstand te garanderen. Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 20 -
1.4.3. Differentiaalrelais. (2) (3) (1) Figuur 22 Differentieel relais De stuurdruk (1) in figuur 22 voor het aanmaken van de rem, komt nu in het differentiaalrelais terecht. Het differentiaalrelais is een pneumatische debietversterker, hier wordt eerst de stuurdruk (1) met klein debiet versterkt naar een groot debiet (3). De druk voor het groot debiet is afkomstig van de hoofdtoevoerleiding (2). In dit geval wordt het een differentiaalrelais genoemd omdat het nog een bijkomende functie heeft. Parallel over het differentiaalrelais staat het elektroventiel vervangingsrem, hiermee wordt bij een elektrische rem een voorvulling van 1/10 de van de remdruk gegeven. Bij de elektrische rem is het elektroventiel vervangingsrem aangetrokken zodat er geen druk komt aan de onderzijde van het onderste membraan. Dit bepaalt de uitgaande druk door de resultante van de drukken die inwerken op de membranen van de middelste kamer. Door het verschil in oppervlakten van deze twee membranen wordt op dat ogenblik een resulterende druk van slechts 1/10 de bekomen aan de uitgang van het differentiaalventiel. Van zodra de snelheid kleiner wordt dan 15km/h of bij het falen van de elektrische rem, valt de spanning weg op het elektroventiel vervangingsrem en wordt de volledige remdruk verkregen aan de uitgang van het differentiaalrelais, doordat het onderste membraan geneutraliseerd wordt. 1.4.4. Noodventiel. Bij de pneumatische rem speelt het noodventiel geen rol. Zoals de naam het laat vermoeden treedt dit ventiel slechts in werking wanneer een noodrem gevraagd wordt, bijvoorbeeld als de hoofdremleiding (1) onder de waarde van 1,8 bar komt te staan. Op dat ogenblik wordt de kracht die ontwikkeld wordt door de hoofdremleiding te klein om het ventiel in zijn open toestand te houden en Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 21 -
zal de doorgang van het differentiaalrelais (2) naar het lastrelais afgesloten worden terwijl een nieuwe doorgang van de hoofdtoevoerleiding (3) naar het lastrelais zal ontstaan. De leiding naar de remcilinders (4) worden op dat ogenblik rechtstreeks via de hoofdtoevoerleiding gevoed met een zeer groot debiet. Zo zal het voertuig snel tot stilstand komen. De lastrelais heeft hier wel invloed op. (1) (2) (3) (4) Figuur 23 Schematische voorstelling van het noodventiel 1.4.5. Lastrelais. (1) (2) Figuur 24 Schematische voorstelling van de lastrelais De remdruk (1) in figuur 24 gaat door het lastrelais, dit is een ventiel dat de remdruk aanpast aan de belasting van het voertuig, doch daar de remdruk reeds aangepast werd in de Eppda, zal dit ventiel geen invloed uitoefenen op de pneumatische remdruk. Dit ventiel heeft alleen een functie te vervullen bij een noodrem. Bij een noodrem wordt de remdruk rechtstreeks geleverd door de hoofd toevoerleiding met een waarde van 6,2 bar en is niet aangepast aan de belasting van het voertuig, dit gebeurt in functie van de lastdruk (2). Mocht in dit geval geen rekening gehouden worden met de belasting zal het risico gecreëerd worden dat de wielen blokkeren (slippen) wat aanleiding geeft tot schade aan de wielen (platte kanten aan de wielbanden). Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 22 -
1.4.6. Antislipventiel. Vooraleer de opgebouwde remdruk in de remcilinders terecht komt, gaat de druk door het antislipventiel. Dit is een normaal open ventiel dat slechts in werking treedt van zodra het elektronisch antislipsysteem een afwijking in omwenteling tussen twee wielenstellen per draaistel vaststelt. Op dat ogenblik zal een gedeelte van de remdruk tijdelijk aan de atmosfeer geplaatst worden tot wanneer de wielen opnieuw dezelfde snelheid hebben. 1.4.7. Remcilinder. (1) (2) Figuur 25 Schematische voorstelling van de remcilinder Uiteindelijk komt de druk (1) in bovenstaande figuur terecht in de remcilinder waar de pneumatische druk gaat inwerken op een groot oppervlak om zo een grote kracht te genereren. De hydraulische leidingen (2) dienen voor de parkeerrem dat later besproken wordt. Persluchtaansluiting Hydraulische leidingen voor de parkeerrem Figuur 26 Remcilinder Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 23 -
1.5. Zuiver pneumatische rem Via de sturingsontspanner wordt een stuurdruk voor de aanmaak van de hoofdremleiding opgebouwd, deze stuurdruk werkt in op het pneumatisch relais, een debietversterker die er voor zorgt dat de hoofdremleiding de gewenste druk en het gewenste debiet kan leveren. Om de aangespannen rem te kunnen ontspannen moet de hoofdremleiding een waarde van minstens 5,2 bar hebben. In de elektro-pneumatische rem is de elektroventiel blokkering pneumatische rem te zien in figuur27 bekrachtigd waardoor de druk van de hoofdremleiding steeds groter zal blijven dan 5,2 bar. In het gedeelte tussen de sturingsontspanner en de elektroventiel blokkering pneumatische rem blijft de uitgangsdruk van de sturingsontspanner constant variëren tussen 3,3 en 5,2 bar (in functie van de manipulator die door de bestuurder wordt bediend) om de zuiver pneumatische rem klaar te houden mocht er een probleem zijn met de elektro-pneumatische rem. Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 24 -
Figuur 27 Schema Elektro-pneumatisch rem Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 25 -
e zuiver pneumatische rem een reserverem, die de taak van de elektro-pneumatische rem moet kunnen overnemen in alle omstandigheden en dit met dezelfde remcapaciteit. Zoals reeds vermeld bij de beschrijving van de werking van de manipulator, wordt door de sturingsontspanner steeds een druk geleverd in functie van de stand van de manipulator. De druk varieert van 0 bar in noodrem, 3,3 bar in maximum rem, naar 4,4 bar in minimum rem tot <5,2 bar in vrijloop en tractie. Zolang de EPPDA-lus gesloten is, doordat er een stroom vloeit tussen 90 en 1686 ma blijft de elektroventiel blokkering pneumatische rem aangetrokken en hebben de drukveranderingen aan de uitgang van de sturingsontspanner geen invloed op het remgedrag van het voertuig. Op het ogenblik dat de EPPDA-lus onderbroken wordt, valt de bekrachtiging van de elektroventiel blokkering pneumatische rem weg en valt de stuurdruk ter hoogte van het pneumatisch relais onmiddellijk terug op de waarde die de sturingsontspanner op dat ogenblik had. Stond de handkruk op dat ogenblik bijvoorbeeld in maximum rem, dan zal deze stuurdruk op 3,3 bar terug vallen. Door het voorgaande gaat het pneumatisch relais reageren en zal op zijn beurt de hoofdremleiding van 5,2 bar naar 3,3 bar terug brengen. Het dalen van de hoofdremleiding zal op zijn beurt zijn invloed doen gelden op de EPPDA. Door de drukdaling zal de veer ervoor zorgen dat de ontspanner bediend wordt waardoor de stuurdruk voor de rem wordt geleverd. Verder verloopt de opbouw van de remdruk op een identieke wijze als bij de elektro-pneumatische rem. Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 26 -
2. Beschrijving van het mechanisch remwerk 2.1. Opbouw De kracht gegenereerd door de druk in de remcilinder wordt overgebracht via een stangenstelsel naar de remschoenen die op hun beurt een afremmende wrijving doen ontstaan op de remschijven en zo het voertuig tot stilstand brengen. Op elke as van het voertuig bevindt zich een remschijf. Figuur 28 Draaistel met de 2 remcilinders Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 27 -
Figuur 29 zijaanzicht van het stangenstelsel van remcilinder naar remschoenen en remschijven Figuur 30 bovenaanzicht van het stangenstelsel van remcilinder naar remschoenen en remschijven Er moet eveneens voor een grote overbrengingsverhouding in het stangenstelsel gezorgd worden en dit omdat de oppervlakte van de remcilinder niet te groot mag gemaakt worden in verhouding met het draaistel van het voertuig. Dit kan omdat de verplaatsing van de remkussens niet groot is. Een vermindering van een beweging resulteert in een verhoging van de kracht, dit is juist wat nodig is bij een remschijf, namelijk een grote drukkracht op een relatief kleine oppervlakte. Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 28 -
2.2. Remcilinder Figuur 31 Schematische voorstelling van de remcilinder De remcilinder is een gecombineerde pneumatisch-hydraulische remcilinder. Het pneumatisch gedeelte wordt gebruikt voor normale remming. Het hydraulisch gedeelte wordt gebruikt voor de parkingrem. Deze remcilinder is voorzien van een automatisch spelingopvangsysteem dat de slijtage van de remgarnituren compenseert. 2.2.1. Hydraulisch gedeelte (parkeerrem) In tegenstelling met de tot hiertoe beschreven remmen, die allen met perslucht werken, werkt de parkeerrem met oliedruk. De bediening van de parkeerrem gebeurt normaal volledig elektrisch maar kan bij gebrek aan een elektrische stroom ook met een handpomp bediend worden. Op het ogenblik dat in de bestuurspost de drukknop ingeduwd wordt, start de motor van de oliepomp. De olie wordt naar de remcilinders geperst waardoor de remgarnituren tegen de schijven worden gedrukt. Deze druk wordt ook aangegeven op een remstandmeter in de stuurpost. Een vergrendelingsysteem zal beletten dat de olie terugloopt naar het reservoir bij uitvallen van de elektromotor bij voldoende druk. Eens dat de hydraulische rem aangespannen is wordt deze vooral mechanisch vergrendeld zodat een olielek niet de oorzaak kan of mag zijn dat de parkeerrem lodkomt. Met behulp van een hendel kan een handpomp bediend worden indien er geen spanning voorhanden is. 2.2.2. Automatisch spelingsopvanger Wanneer de remgarnituur verslijt en dus dunner wordt zal de remcilinder deze speling compenseren door een as met schroefdraad te verdraaien zodat de speling tussen de schijfrem en de remgarnituren constant blijft. Mocht de afstand tussen remschijven en remgarnituren te groot zijn, kan er door het kloppen een breuk optreden van de remgarnituren. Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 29 -
3. Performanties van het remsysteem De performantie van een remsysteem is in een wettelijk kader vastgelegd daar het om voertuigen gaat die op een openbaar net rijden en reizigers vervoeren. Het remsysteem moet dan ook aan een aantal strenge eisen voldoen en moet ook onafhankelijk gemaakt worden van bepaalde factoren om steeds opnieuw een voldoende vertraging te kunnen verzekeren. 3.1. Belastingsgraden Bij verschillende belastingen (lading) van het voertuig moet de vertraging dezelfde blijven of toch zeker groter zijn dan de minimale toegelaten waarde. 3.2. Politiereglement Hoofdstuk II rollend materieel, Artikel 7 van het reglement van personenvervoer per tram, metro, autobus en autocar handelt volledig over de remvoorzieningen en de eisen die hieraan gesteld moeten worden. HOOFDSTUK I1 - Rollend spoormaterieel Art. 7. A1 de voertuigen moeten met twee soorten remmen uitgerust zijn : 1: een bedrijfsrem; 2: een parkeerrem. Deze twee remmen dienen zodanig te worden aangebracht dat zij vanaf de plaats van de bestuurder kunnen worden bediend. Wanneer een noodremming wordt uitgevoerd met de bedrijfsrem, moet, in geladen toestand op horizontale droge sporen, bij een snelheid van 40 km/uur, een gemiddelde vertraging van tenminste 1,5 m/s² worden bereikt. De snelheid voor de remming moet zodanig geregeld zijn dat de snelheid van 40 km/uur bekomen wordt in de zone waar de vertraging gestabiliseerd is en de gemiddelde vertraging moet gemeten worden tussen 40 km/uur en 10 km/uur. De aangehouden vertraging is gelijk aan de verhouding tussen de integraal van de vertraging berekend tussen de snelheden van 40 km/uur en van 10 km/uur en de nodige tijd voor die vertraging. De niet automatisch bediende voertuigen zijn uitgerust met een toestel dat, bij fysisch in gebreke blijven van de bestuurder, het voertuig onmiddellijk tot stilstand brengt. Geen enkel voertuig mag in dienst worden genomen zonder nazicht van de doeltreffendheid van het remsysteem door het bestuur van het vervoer. [pg 7, politiereglement van personenvervoer per tram, premetro, metro, autobus en autocar, MIVB, 1996] Het gemarkeerde deel van de tekst verwijst enkel naar de noodrem en heeft dus geen betrekking op wat in deze thesis wordt behandeld. Bij de metro van de MIVB, type M1, slaat dit artikel op het gebruik van de elektromagnetische railrem. Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 30 -
3.3. Lastenboek In het lastenboek staat het volgende vermeld: 1. De remperformanties zijn beschouwd op droge sporen in rechte lijn en vlak Manier van remming Vermindering van de kracht Diameter wielen Opmerkingen Snelheid Lading Dienstrem W3 Half gebruikt 0 40->0 en 70->0 1,2 Veiligheidsrem W4 nieuw 0 40->0 en 70->0 1,5 Veiligheidsrem W4 nieuw 34% (geheel mechanische rem) 34% (magneet remmen) 40->0 70- >0 40->0 70- >0 a m 1,1 1,2 1,1 1,2 a a probleem mechanische rem probleem magneet rem Parkeer rem W4 nieuw 0 0 65 0 / 00 Opmerking Ter herhaling, een bestaande traktie-eenheid, samengesteld uit drie voertuigen, neemt de vermindering van de remkracht respectievelijk waarden aan van 34% (kracht van de pneumatische rem) en 34% (railremmen) in plaats van 30% en van 50% voorzien in de bovenstaande tabel met betrekking tot een traktie-eenheid van twee voertuigen. 2. Verzekeren van de veiligheid bij remming betekent dat de minimale vertraging van 1,09 m/s² gegarandeerd is. Met deze waarde moet eveneens rekening gehouden worden voor de berekening van de signalisatie en de automatische remming (paragrafen 2.3.6. en 4.9.8.) 3. De onmiddellijke vertraging van de veiligheidsrem zal de 2,5 m/s² niet overschrijden. Vertaling van : [pg 69/757, "Annexe 1 au contrat coordonné M6 du 27/02/04 (CAF STIB)"Spécifications techniques, MIVB, du 27/02/04] Dit eindwerk heeft als doel de theoretische en praktische performanties van de dienstrem van een metrostel M1 (in het geel aangeduid in de bovenstaande tabel) te bepalen. Wat is de gemiddelde vertraging a a? De gemiddelde vertraging is een gemiddelde vertraging die geen rekening houdt met de start van het begin van de remming (dode tijd). Het is het verband tussen het moment waarop de vertraging aanvangt, waarbij de remperiode bevat is tussen het moment waarop de remdruk of de remstroom gestabiliseerd is en het moment waarop de stilstand intreedt (snelheid nul) Deze vertraging kan gemeten worden door de integratie van de remcurve in functie van de tijd tussen de twee hiervoor vermelde limieten. Eindwerk : Praktische performantiebepaling van de elektropneumatische rem bij een metrovoertuig - 31 -