Systemsimulation einer Magnetschienenbremse mit hydraulischer Druckfederaufhängung

Abstract

In der vorliegenden Diplomarbeit wird das Absenkverhalten einer hydraulisch betätigten hoch-/tiefaufgehängten Magnetschienenbremse untersucht. Diese hydraulische Druckfederaufhängung ist eine Neuentwicklung der Firma Knorr-Bremse GmbH und ermöglicht das Befahren von Vollbahn- und Nahverkehrsstrecken von LRVs (Light Rail Vehicles) bzw. Straßenbahnen. Die Magnetschienenbremse wird bei Bedarf mit Hilfe eines hydraulischen Aktuators aus der Tieflage in die Hochlage gehoben, um elektromagnetische Störungen an streckenspezifischer Sensorik zu vermeiden.Das Ziel der angestellten Untersuchungen ist, Systemparameter zu identifizieren und deren Einfluss auf das Absenkverhalten zu verstehen, um ein grundlegendes Verständnis für das System zu erhalten. Des Weiteren soll das Simulationsmodell in der Weiterentwicklung der hydraulischen Druckfederaufhängung sowie zur Systemauslegung herangezogen werden können, damit das Absenkverhalten bereits in Entwicklungsstadien bewertet werden kann. Für diesen Zweck wird ein Simulationsmodell entwickelt, das in der Lage ist, den Absenkvorgang einer hydraulisch aufgehängten Magnetschienenbremse aus der Hoch- in die Tieflage abzubilden. Das System aus zwei Magneten und vier hydraulischen Aktuatoren am Drehgestell wird in dieser Arbeit vereinfacht und es wird lediglich ein Magnet mit zwei hydraulischen Aktuatoren betrachtet. Damit das Model weiterentwickelt und erweitert werden kann, ist es in modulare Subsysteme unterteilt. Jedes Teilsystem wird für sich betrachtet und in ein mathematisches Modell überführt. Bei der Modellierung werden komplexe Eigenschaften vereinfacht abgebildet und teilweise experimentell bestimmt. Die beschreibenden Gleichungen des mechanischen und des hydraulischen Subsystems werden individuell aufgestellt und das Systemmodell mittels Versuche parametrisiert und validiert. Des Weiteren wird mittels des validierten Systemmodells der Einfluss einzelner Parameter und Umweltbedingungen simuliert und diskutiert. Abschließend werden zukünftige Anwendungsmöglichkeiten des entwickelten Simulationsmodells aufgezeigt und eine etwaig notwendige Anpassung der Modellierungstiefe diskutiert.

In this thesis, the lowering phase of the activation process of a hydraulically actuated high/low suspended magnetic track brake is investigated. This hydraulic suspension is a new development by Knorr-Bremse GmbH and enables the operation of LRVs (Light Rail Vehicles) or trams on both mainline and commuter rail. The magnetic track brake is lifted from the lower to the higher standby position as needed by using a hydraulic actuator to avoid electromagnetic interference with track-specific sensors.The aim of the investigations is to identify system parameters and understand their influence on the lowering phase in order to gain a basic understanding of the system. Furthermore, the simulation model shall be used in the further development of the hydraulic suspension and for system design.For this purpose, a simulation model is developed that is capable of simulating the lowering process of a hydraulically suspended magnetic track brake from the higher to the lower standby position. The system consisting of two magnets and four hydraulic actuators per bogie is simplified to one magnet with two hydraulic actuators in this thesis.In order to enable simpler expansion of the model, it is divided into modular sub-systems. Each subsystem is considered individually and transformed into a mathematical model. During the modeling, complex properties are simplified and partly deter-mined experimentally. The descriptive equations of the mechanical and hydraulic sub-systems are set up individually and the system model is parameterized and validated by experiments.Furthermore, the influence of individual parameters and environmental conditions is simulated and discussed using the validated system model. Finally, some applications of the developed simulation model are shown and any necessary adjustments of the modeling depth discussed.