Junan jarrutusteho ja JKV kansantajuisesti

[Mikko Koho]

Tuli tuossa lueskeltua Jokelan junaonnettomuuden raporttia ja katseltua sen aikaisia tv-uutisia Youtubesta ja heräsi mieleen vanha kysymys jo vuosien takaa ja yksi uusikin. Voi olla että näihin on jo vastattukin täällä mutta kysyn kuitenkin, jos on joku hyvä artikkeli jo olemassa niin linkkiä kehiin.

Ensin se helpoin, miten määritellään rautatiekalustoon kuuluvan yksittäisen laitteen (veturi, vaunu, työkone) jarrupaino? Kaikki löytämäni aineisto kyllä puhuu jarrupainoprosenteista ja siitä miten ne vaikuttavat sallittuihin nopeuksiin jne. mutta eksaktia määritelmää jarrupainolle en ole löytänyt. Onko hommalla jotain tekemistä fysiikan perusyhtälön P=F*v (teho = voima kertaa nopeus) kanssa ja ovatko jarrupaino vs auton jarrutustehot kuinka verrannollisia keskenään? Junapuolella toki puhutaan tonneista ja autopuolella kiloNewtoneista.

Ja sitten JKV. Kaikkialla puhutaan että laitteisto laskee nipun jarrutuskäyriä ja siihen vaikuttavat junapaino, jarrupaino, keli jne. mutta miten nuo käyrät sitten vaikuttavat käytännössä siihen mitä laite tekee, aina huomautuksesta hätäjarruun? Jos oletetaan että juna on tulossa punaisia päin ja kuljettaja on saanut sairaskohtauksen eikä näinollen reagoi niin miten laite käyttää noita käyriä niihin päätöksiin mitä milloinkin tehdään (ajotehot nollille, käyttöjarrun aloitus, käyttöjarru 100%, hätäjarru jne.)?

Ja kerran jäätiin Karjalan radalla jossain Kouvola-Lappeenranta-välillä JKV-häiriön aiheuttaman hätäjarrun takia keskelle korpea. En ole ihan varma mutta tilannetta ratkottaessa kuski taisi joutua pari kertaa katkomaan kaluston virrat. Mitkä ovat yleisimmät syyt noihin aiheettomiin JKV:n jarrutuksiin?

[Tuomas Korhonen]

Ja kerran jäätiin Karjalan radalla jossain Kouvola-Lappeenranta-välillä JKV-häiriön aiheuttaman hätäjarrun takia keskelle korpea. En ole ihan varma mutta tilannetta ratkottaessa kuski taisi joutua pari kertaa katkomaan kaluston virrat. Mitkä ovat yleisimmät syyt noihin aiheettomiin JKV:n jarrutuksiin?

Kaikkein yleisimmät syyt JKV:n tekemiin hätäjarrutuksiin ovat baliisivikoja. Välittömän hätäjarrutuksen aiheuttaa mm. tilanne jossa veturilaite saa luettua baliisiryhmästä vain toisen baliisin, jolloin laite ei tiedä onko sillä valvottavia tietoja vai ei. Lievempiä häiriöitä aiheuttaa virheet tai puutteet valvottavissa tiedoissa. Nämä eivät yleensä aiheuta välitöntä hätäjarrutusta, vaan hälytyksen jolloin kuljettajan täytyy välittömästi suorittaa täysivoimainen käyttöjarrutus ja pudottaa nopeus alle 80 km/h tai g-jarrulajin junissa alle 60 km/h. Jos jarrutuksesta myöhästyy niin JKV jarruttaa itse.

Jos virtoja on jouduttu katkomaan junasta niin vika on ollut JKV-laitteistossa itsessään, jota on täytynyt resetoida.

[Tuomas Korhonen]

Ja sitten JKV. Kaikkialla puhutaan että laitteisto laskee nipun jarrutuskäyriä ja siihen vaikuttavat junapaino, jarrupaino, keli jne. mutta miten nuo käyrät sitten vaikuttavat käytännössä siihen mitä laite tekee, aina huomautuksesta hätäjarruun? Jos oletetaan että juna on tulossa punaisia päin ja kuljettaja on saanut sairaskohtauksen eikä näinollen reagoi niin miten laite käyttää noita käyriä niihin päätöksiin mitä milloinkin tehdään (ajotehot nollille, käyttöjarrun aloitus, käyttöjarru 100%, hätäjarru jne.)?

JKV:n eri käyrät ovat eri toimenpiteille. Ensimmäisen käyrän saavuttaminen aiheuttaa piippauksen ja laite käskee jarruttamaan. Seuraava käyrä aiheuttaa voimakkaamman hälytyksen, laite piipittää jatkuvasti ja vilkuttaa jarrutuskäskyä. Jos vieläkään ei jarruteta tai ei jarruteta riittävästi ja saavutetaan seuraava käyrä niin JKV jarruttaa, käyttöjarrutuksella tai hätäjarrutuksella tilanteesta riippuen.

Käyrät on junan tietojen perusteella laskettuja hidastuvuuskäyriä jonkinlaisilla varmuuskertoimilla. Kelitieto vaikuttaa laitteen olettamaan hidastuvuuteen, huonompi keli lisää laitteen olettamaan jarrutusmatkaa eli käyrät saavutetaan aiemmin ja JKV aloittaa toimenpiteensä vastaavasti aiemmin.

[Mikko Kosonen]

Liikenneviraston sivultahan tuosta löytyy asiaa noin 130 sivun verran. Googlettamalla selviää yllättävän paljon. Junan paino, jarrutuskyky sekä nopeushan siihen lähinnä vaikuttaa. Mutta tiesittekö, että jkv-järjestelmä ottaa jarrutuskäyrissä huomioon myös radan kaltevuuden. Luulisin että jarrutusmatka on alamäessä pidempi kuin ylämäessä...

[Juhani Pirttilahti]

Jarrupaino määritellään laskemalla. Laskentamenetelmät on esitetty EN 14531 -standardissa ja UIC:n määrelehdessä 544-1.

Näitä lukematta voi jarruvoimia hiukan pohdiskella. Otetaan esimerkiksi Dm9-tyyppinen moottorivaunu. Tämä on helppo valinta, koska ei tarvitse huomioida eri jarrulajien vaikutusta. Jarrujärjestelmää ohjataan sähköisesti EP-venttiileillä. Vaunussa on vetoteli ja juoksuteli. Teleissä on kaksi, kahdella jarrulevyllä varustettua pyöräkertaa. Kummallekin pyöräkerralle on oma jarrusylinteri tyyppiä Ck8".

Jarrusylinterin Ck8" mäntävoima lasketaan sen pinta-alasta (323,7 cm²) täysivoimaisen jarrutuksen paineella, joka Dm9-sarjan junissa on 4,8 kp/cm². Jarrusylinterin painetta säätelevässä releventtiilissä ilmanpaine pienenee suhteessa 1:0,99. Jarrusylinterissä vaikuttava paine on siten 4,752 kp/cm². Tämä vanha paineen yksikkö pitää vielä muuntaa, siis 4,752 * 0,981 = 4,66 bar.

Jarrusylinterin mäntävoima (F = A * p) on siis 323,7 * 4,66 = 15084 N

Vähennetään vielä 735 N jousivoima, koska sylinterissä on sisäinen palautusjousi.
15084 - 735 = 14349 N

Seuraavaksi tarvitaan jarruvivuston välityssuhde. Käytetään telissä olevan vivuston mittoja, jotka olen katsonut piirustuksista.
(185+295)/295 * 2 * (170/195) * 2 = 5,674

Jarruvoima akselilla lasketaan kaavalla F = Fb * t * µ * ρ
Fb = jarrusylinterin voima
t = jarruvivuston välityssuhde
µ = jarrulautasen kitkapinnan ja jarrulevyn välinen kitkakerroin (UIC-jarrupaloilla 0,4)
ρ = pyörän ja kiskon välinen kitkakerroin (0,25)

14349 * 5,674 * 0,4 * 0,25 = 8141 N

Neljällä jarruttavalla akselilla vaunun jarruvoima olisi siten 32,6 kN. Jarrupaino on kuitenkin Dm9:n kohdalla viimeisen JTT:n mukaan 43 tonnia, joten viralliset jarrupainot selvästi lasketaan jollain toisella tavalla.

[Teemu Sirkiä]

Liikenneviraston sivultahan tuosta löytyy asiaa noin 130 sivun verran.

Laitetaan nyt linkitkin:
http://www2.liikennevirasto.fi/julkaisut/pdf3/lo_2012-09_rato10_jkv_web.pdf
http://www2.liikennevirasto.fi/julkaisut/pdf3/paatos_2011_atp-vr_rhk_stm-n_web.pdf

Jälkimmäisestä löytyy paljon kaavoja PDF:n sivulta 214 alkaen ja on muutenkin varsin mielenkiintoista detailitason luettavaa.

[Mikko Koho]

Kiitoksia paljon! Nyt tuli tämäkin asia selväksi. Tuota RATOa tarjosi Google jatkuvasti vastaukseksi mutta toista dokumenttia ei.

[Juhani Pirttilahti]

Vähän lisää tietoa jarrutustehon laskentaan:

Levyjarrullisen matkustajakaluston jarrupaino lasketaan kaavalla B = 1,18 * Fb,max

B on jarrupaino (kg)
Fb,max on suurin jarruvoima (N)

Eli aiemmassa esimerkissä Dm9-tyyppisen moottorivaunun jarrupaino olisi 1,18 * 32600 N = 38 468 kg eli 38 t.

Kun tuohon lisätään vielä kiskojarrujen jarrupaino, joka Knorr DD100S-4 tyyppiselle jarrumagneetille on valmistajan ilmoituksen perusteella 8 100 kg, ja niitä magneetteja on kaksi, saadaan jarrupainoksi yhteensä 54 668 kg = 55 t. Se on silti hiukan vähemmän kuin kalustorekisterissä P-jarrulajille ilmoitettu 64 tonnia, mikä on todennäköisesti määritelty koejarrutuksella.

[Risto Sollo]

En tiedä miten jarrupaino nykyään todetaan mutta olin joskus mukana tekemässä koejarrutuksia,sekä veturille että vaunulle...Juurikin JKV:a  varten.