Tren Fren Sistemleri Nelerdir ve Nasıl Çalışırlar?

Geçmişten günümüze kadar trenlerde birçok farklı fren çeşitleri kullanıldı ve zaman geçtikçe yerine daha güvenli ve kullanışlı yeni fren sistemleri üretilmeye başlandı. Peki bu kadar yüksek tonajlı taşıtlar ne çeşit bir fren sistemi ile nasıl durduruluyor? Bunun cevabını aşağıda inceleyelim.

A- A+

02.03.2021 tarihli yazı 15106 kez okunmuştur.

Trenlerde kullanılan fren sistemleri aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir.

► Disk Fren
► Vakumlu Fren
► Havalı Fren
- Düz Havalı Fren
- Westinghouse Havalı Freni
► Elektro-Pnömatik Fren
► Elektromanyetik Fren
► Eddy-Akımı Fren Sistemi
- Dairesel Eddy-Akımı Fren Sistemi

- Doğrusal Eddy-Akımı Fren Sistemi

Tren Fren Sistemleri

Disk Fren Sistemi

Günümüzde motorlu taşıtlar için en yaygın olarak kullanılan fren sistemi, geçmişte trenlerde de kullanılsa da günümüzde kullanışlılığını yitirmiştir. Sürtünme oluşturmak için diske karşı kaliperlerin arasındaki balata pistonunu kullanan fren türüdür. Frene basıldığında hidrolik sıvı, balata pistonuna iletilerek diskin sıkıştırılmasını sağlar.

► İlginizi çekebilir: Rejenaratif Frenleme Nasıl Çalışır?

Vakumlu Fren Sistemi

Vakumlu frenin içinde herhangi bir hareketli aksam olmayıp; buharlı lokomotiflerde aspiratörde buhar kullanılarak, dizel ve elektrikli lokomotiflerde ise bir elektrik gücü ile beraber vakum oluşturmak için fren borusundaki atmosfer basıncındaki hava dışarı atılır. Tam vakum oluştuğunda fren serbest kalır. Atmosfer basıncındaki hava, fren borusunda vakumsuz iken fren uygulanır.

Vagonlar ile beraber gelen iletim boru hattı vardır ve bu sayede lokomotif vagon çekiyorsa vagonlar da fren yapar. Vakumlu fren sisteminin temel sorunu boruların yanlış bağlanması veya vagonlardan biri kaza sonucu ayrılırsa tüm trenin fren sistemi çalışmayacak olmasıdır.

Şekil 1: Vakumlu fren sistemi parçaları ve çalışma prensibi

► İlginizi çekebilir: Vakum Tüpü Nedir?

Düz Havalı Fren

Düz havalı frende ek olarak kompresör vardır ve bu kompresör basınçlı hava üretir. Kompresörün ürettiği basınçlı hava silindirdeki pistonu iter. Bu sayede piston da fren pabucunu iter ve tren durur. Eğer lokomotife vagon bağlı ise vagonlarda ileti borusu ve her vagon arasında bu boruları bağlayan hortumlar vardır. Bu sayede basınçlı hava vagondan vagona iletilir.

Ancak bu fren sisteminin temel sorunu hortumlardan hava kaçırabilme olasılığıdır. Bu da fren kuvveti eksikliğine neden olmaktadır.

Şekil 2: Düz havalı fren parçaları ve çalışma prensibi

Şekil 3: Düz havalı fren boru hattı

Westinghouse Havalı Freni

Düz havalı fren sisteminin eksiğini kapatmak isteyen George Westinghouse, bu sistemde düz havalı fren sisteminin aksine hava basıncının azaltılarak frenin uygulanmasını sağlayan bir sistem icat etti. Sistemde üçlü valf adı verilen; pistonlu valf, sürgülü valf, derecelendirme valfleri bulunmaktadır. Çalışma sistemine gelecek olursak, fren borusundaki basınç rezervuar basıncından düşükse fren silindiri egzoz kapağı kapatılır ve rezervuardan gelen hava fren silindirine gönderilir. Bu sayede silindirde artan basınç frenin uygulanmasını sağlar. Rezervuardan gelen hava sabit tutulması sağlanıp, fren silindiri sabit basınçta kalır. Fren borusundaki basınç rezervuardan yüksekse, üçlü valf hattı rezervuara bağlanarak rezervuardaki basıncın artmasını sağlar.

Ayrıca üçlü valf frenleri bırakarak fazla havayı dışarı atar. En sonunda hat ve rezervuar basıncı eşitlenir. Eşitlenmesi sonucu rezervuar artık hava sızdırmazken fren silindirinde ise basınç kalmaz. Fren uygulandığında fren borusu yavaşça havayı dışarı atmaya başlar ve hat basıncı düşer. Bu sırada üçlü valf fren silindirine hava çekilmesi için tetikleme yapar. Fren serbest bırakıldığında fren valfi dış hatta bağlanan kapağı kapanır ve kompresörün havayı yeniden doldurmasına izin verilir.

Şekil 4: Westinghouse havalı fren parçaları

► İlginizi çekebilir: George Westinghouse

Elektro-Pnömatik Fren

Elektro-Pnömatik frenler (EP), havalı fren sisteminin elektrik ile kontrol edilen versiyonudur. Sürücü bu sayede fren kontrollerinde daha hızlı ve hassas tepki verebilir. Ayrıca eş zamanlı olarak basınç dağıtılacağından dolayı tren uzunluğu ne olursa olsun dengeli bir frenleme sistemi sağlar, vagonlarda dalgalanma olmaz. Bu uygulama frenin bırakılması esnasında da gerçekleşir ve kısmi fren bırakımı bu sistemde mevcuttur. Bu sistem günümüzde hâlâ kullanılmaktadır ancak daha yeni versiyonu olan elektronik kontrollü pnömatik fren (ECP) sistemleri daha yaygın bir biçimde kullanılmakta olup, eski sistemin dezavantajı olan freni baştan uygulamak için freni tamamen bırakmayı ve rezervuarı yeniden şarj etmeyi ortadan kaldırır.

Şekil 5: Elektro-Pnömatik fren şeması

► İlginizi çekebilir: Aktüatör Nedir? Aktüatör Çalışma Prensibi

Elektromanyetik Fren ve Eddy-Akım Fren Sistemi

Yüksek hızlı trenler üstte anlatılan fren sistemleri ile duramayacağından dolayı iki tip manyetik fren icat edildi. Bunlar elektromanyetik fren sistemi ve Eddy-Akım fren sistemidir. Bu iki sistemin eylemi tekerlek ve ray arasında gerçekleşir. Manyetik frenler, rayda ısıya dönüşen kinetik enerjiyi akım ile dağıtır. Bu fren ancak 220 km/saat ve üstü hızda gerçekleşebilir. Aksi takdirde frenlemenin oluşturacağı yüksek ısı düşük hızda raya zarar verir. Eddy-Akım fren sisteminde Faraday yasasından yararlanılır.

Şekil 6: Eddy- Akım fren sistemi şematik çizimi

Şekil 7: Eddy- Akım fren sistemi

İçerisinden akım geçen iletken malzeme raya yaklaştırıldığında manyetik alan oluşur. Ray bu sayede mıknatıs özelliği kazanır ve treni yavaşlatır. Sistem temel olarak bu prensibe dayanarak çalışır. Manyetik fren sistemleri çoğu fren sistemlerinden daha az maliyetli ve daha fazla güvenlidir. Sistemin tek sorunu rayda yarattığı sıcaklık etkisidir.

Kaynak:

► railway-technical
► explainthatstuff