ISO 20138-1:2018

Railway applications — Calculation of braking performance (stopping, slowing and stationary braking) — Part 1: General algorithms utilizing mean value calculation

This document specifies methodologies for calculation of braking performance for railway rolling stock and is applicable to all countries. This document describes the general algorithms/formulae using mean value inputs to perform calculations of brake equipment and braking performance in terms of stopping/slowing distances, stationary braking, power and energy for all types of rolling stock, either as single vehicles or train formations, with respect to the braking distance. The calculations can be used at any stage of the assessment process (design, manufacture, testing, verification, investigation, etc.) of railway rolling stock. This document does not set out the specific acceptance criteria (pass/fail). This document is not intended to be used as a design guide for selection of brake systems and does not specify performance requirements. This document does not provide a method to calculate the extension of stopping distances when the level of available adhesion is exceeded (wheel slide activity). This document contains examples of the calculation of brake forces for different brake equipment types and calculation of stopping distance and stationary braking relevant to a single vehicle or a train.

Applications ferroviaires — Calcul des performances de freinage (freinage d'arrêt, de ralentissement et d'immobilisation) — Partie 1: Algorithmes généraux utilisant le calcul par la valeur moyenne

Le présent document décrit les méthodologies de calcul des performances de freinage du matériel roulant ferroviaire et est applicable à tous les pays. Le présent document décrit les algorithmes/formules généraux utilisant des valeurs moyennes comme valeurs d'entrée pour effectuer des calculs de performances d'équipements de frein et de performances de freinage, en termes de distances d'arrêt/de ralentissement, de freinage d'immobilisation, de puissance et d'énergie pour tous les types de matériels roulants, qu'il s'agisse de véhicules isolés ou de compositions de train, par rapport à la distance de freinage. Les calculs peuvent être utilisés à n'importe quelle étape du processus d'évaluation (conception, fabrication, essais, vérification, investigation, etc.) du matériel roulant ferroviaire. Le présent document ne spécifie pas les critères d'acceptation spécifiques (réussite/échec). Le présent document n'est pas destiné à servir de guide de conception pour le choix des systèmes de freinage et ne spécifie pas les exigences de performances. La présente norme ne spécifie pas de méthode pour calculer l'allongement des distances d'arrêt en cas de dégradation du niveau d'adhérence disponible (phénomène d'enrayage). Le présent document donne des exemples de calcul des efforts de freinage pour les différents types d'équipements de frein, ainsi que de la distance d'arrêt et de freinage d'immobilisation propres à un véhicule isolé ou à une composition de train.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 18-Oct-2018
• ICS: 45.020 - Railway engineering in general
• Technical Committee: ISO/TC 269/SC 2 - Rolling stock
• Drafting Committee: ISO/TC 269/SC 2/WG 1 - Railway braking
• Current Stage: 9092 - International Standard to be revised
• Start Date: 18-Sep-2023
• Completion Date: 19-Apr-2025

Relations

• Revised: ISO/FDIS 20138-1 - Railway applications — Calculation of braking performance (stopping, slowing and stationary braking) — Part 1: General algorithms utilizing mean value calculation
• Effective Date: 23-Sep-2023

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20138-1
First edition
2018-10
Railway applications — Calculation
of braking performance (stopping,
slowing and stationary braking) —
Part 1:
General algorithms utilizing mean
value calculation
Applications ferroviaires — Calcul des performances de freinage
(freinage d'arrêt, de ralentissement et d'immobilisation) —
Partie 1: Algorithmes généraux utilisant le calcul par la valeur moyenne
Reference number
©
ISO 2018
© ISO 2018
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 2
5 Stopping and slowing distances calculation . 7
5.1 General . 7
5.2 Vehicle characteristics . 8
5.2.1 Static mass, m .
st 8
5.2.2 Equivalent rotating mass, m .
rot 8
5.2.3 Dynamic mass, m . .
dyn 9
5.2.4 Wheel diameter . . 9
5.3 Adhesion wheel/rail dependent brake equipment type characteristics . 9
5.3.1 Basic brake cylinder . 9
5.3.2 Tread brake . .11
5.3.3 Tread brake unit .13
5.3.4 Disc brake .15
5.3.5 Electro-dynamic brake . .17
5.3.6 Fluid retarder.18
5.3.7 Transmission retarder .18
5.3.8 Rotating eddy current brake .18
5.4 Adhesion independent brake equipment type characteristics .18
5.4.1 Magnetic track brake .18
5.4.2 Linear eddy current brake .19
5.4.3 Mean retarding force by train resistance .20
5.4.4 Aerodynamic brake . .21
5.4.5 Electro dynamic brake generated by linear induction motor .21
5.5 Time characteristics .21
5.5.1 Derivation of brake equipment time characteristics .21
5.5.2 Equivalent response time, t .
e 21
5.6 Initial and operating characteristics .23
5.6.1 Forces on the slope .23
5.6.2 Downhill force due to gravity depending on the gradient .24
5.6.3 Blending .25
5.6.4 Value of the mean adhesion required between wheel/rail for the braked
wheelset .26
5.7 Stopping and slowing distance calculation based on mean values .27
5.7.1 Mean retarding force with respect to the distance .27
5.7.2 Equivalent deceleration, a , based on retarding forces .27
e
5.7.3 Equivalent free running distance, s .
0 28
5.7.4 Stopping and slowing distance on level track . .28
5.7.5 Stopping and slowing distance based on different gradients .29
5.8 Supplementary dynamic calculations .30
5.8.1 General.30
5.8.2 Braking energy .31
5.8.3 Maximum braking power of each brake equipment type, P .
max,n 32
6 Stationary braking .32
6.1 General .32
6.2 Holding brake .32
6.3 Immobilization brake .32
6.4 Parking brake .32
6.5 Stationary brake calculation .33
6.5.1 General.33
6.5.2 General characteristics .33
6.6 Static coefficient of friction .33
6.7 Parking brake force provided by equipment type .33
6.7.1 Screw applied parking brake (tread brake) .33
6.7.2 Spring applied tread brake unit .36
6.7.3 Screw applied parking brake (disc brake) .37
6.7.4 Spring applied disc brake unit arrangement .39
6.7.5 Force of a permanent magnetic track brake .40
6.8 Stationary brake force for each wheelset .41
6.9 Total stationary brake force per train .41
6.10 Stationary brake safety calculation .42
6.11 Safety ratio for stationary brake .42
6.12 Coefficient of adhesion required by each disc braked wheelset .42
6.13 Maximum achievable gradient .43
6.14 Method for safety calculation for vehicles with a different relationship between
brake force and load per wheelset .44
6.14.1 General.44
6.14.2 Mean adhesion value between wheel/rail .45
6.14.3 Safety against rolling .45
6.14.4 Safety against sliding .46
6.14.5 Retention force .52
6.14.6 Retention Safety .53
Annex A (informative) Methodology of stopping and slowing distance calculation .54
Annex B (informative) Workflow for stationary brake calculations .57
Annex C (informative) Examples for brake calculation .60
Annex D (informative) Calculation of braking forces (non-stationary) .
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 20138-1
Première édition
2018-10
Applications ferroviaires — Calcul
des performances de freinage
(freinage d'arrêt, de ralentissement et
d'immobilisation) —
Partie 1:
Algorithmes généraux utilisant le
calcul par la valeur moyenne
Railway applications — Calculation of braking performance
(stopping, slowing and stationary braking) —
Part 1: General algorithms utilizing mean value calculation
Numéro de référence
©
ISO 2018
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Tél.: [phone]
Fax: [phone]
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 2
5 Calcul des distances d'arrêt et de ralentissement . 7
5.1 Généralités . 7
5.2 Caractéristiques du véhicule . 8
5.2.1 Masse statique, m .
st 8
5.2.2 Masse tournante équivalente, m .
rot 8
5.2.3 Masse dynamique, m .
dyn 9
5.2.4 Diamètre de roue . 9
5.3 Caractéristiques des types d'équipement de frein dépendants de l'adhérence roue-rail . 9
5.3.1 Cylindre de frein de base . 9
5.3.2 Frein à semelle .11
5.3.3 Unité de frein à semelle (bloc de frein) .14
5.3.4 Frein à disque .15
5.3.5 Frein électrodynamique .18
5.3.6 Frein hydrodynamique .18
5.3.7 Frein ralentisseur de transmission .19
5.3.8 Frein rotatif à courants de Foucault .19
5.4 Caractéristiques des types d'équipement de frein indépendants de l'adhérence
roue-rail .19
5.4.1 Patin magnétique.19
5.4.2 Frein linéaire à courants de Foucault .20
5.4.3 Effort retardateur moyen engendré par la résistance à l'avancement .21
5.4.4 Frein aérodynamique .22
5.4.5 Freinage électrodynamique produit par un moteur électrique linéaire à
induction .22
5.5 Caractéristiques de temps .22
5.5.1 Élaboration des caractéristiques de temps d'un type d'équipement de frein .22
5.5.2 Temps de réponse équivalent, t .
e 23
5.6 Caractéristiques initiales et d'exploitation .24
5.6.1 Efforts sur une déclivité .24
5.6.2 Effort induit par la déclivité sous l’effet de la gravité en fonction de la pente .26
5.6.3 Conjugaison .27
5.6.4 Valeur de l'adhérence moyenne roue/rail requise pour les essieux freinés .28
5.7 Calcul de la distance d'arrêt et de ralentissement basé sur des valeurs moyennes .28
5.7.1 Effort retardateur moyen en utilisant la distance .28
5.7.2 Décélération équivalente, a , basée sur les efforts retardateurs moyens .29
e
5.7.3 Distance équivalente de marche sur l'erre, s .
0 30
5.7.4 Distance d'arrêt et de ralentissement sur une voie en palier .30
5.7.5 Distance d'arrêt et de ralentissement basée sur différentes déclivités .31
5.8 Calculs dynamiques supplémentaires .32
5.8.1 Généralités .32
5.8.2 Énergie de freinage .32
5.8.3 Puissance de freinage maximale de chaque type d'équipement de frein, P .
max,n 33
6 Freinage d'immobilisation .34
6.1 Généralités .34
6.2 Frein d'immobilisation en ligne (niveau 1) .34
6.3 Frein d'immobilisation en ligne (niveau 2) .34
6.4 Frein de stationnement .34
6.5 Calcul de freinage d'immobilisation .34
6.5.1 Généralités .34
6.5.2 Caractéristiques générales .34
6.6 Coefficient de friction statique .35
6.7 Effort de frein de stationnement fourni par type d'équipement .35
6.7.1 Frein de stationnement à vis (frein à semelle) .35
6.7.2 Unité de frein à semelle actionnée par ressort .38
6.7.3 Frein de stationnement à vis (frein à disque) .39
6.7.4 Unité de frein à disque actionnée par ressort.41
6.7.5 Effort de freinage de stationnement d'un patin magnétique à aimants
permanents.43
6.8 Effort de freinage d'immobilisation pour chaque essieu .44
6.9 Effort total de freinage d'immobilisation pour un train .44
6.10 Calcul de sécurité du freinage d'immobilisation .45
6.11 Coefficient de sécurité du frein d'immobilisation .45
6.12 Coefficient d'adhérence nécessaire pour chaque essieu freiné (frein à disque) .46
6.13 Déclivité maximale atteignable .47
6.14 Méthode pour le calcul de sécurité concernant les véhicules présentant plusieurs
efforts de freinage et charges à l’essieu .47
6.14.1 Généralités .47
6.14.2 Valeur d'adhérence roue/rail moyenne .48
6.14.3 Sécurité au roulement .49
6.14.4 Sécurité au glissement .50
6.14.5 Effort de retenue .56
6.14.6 Sécurité de retenue .57
Annexe A (informative) Méthodologie de calcul de la distance d'arrêt et de ralentissement .58
Annexe B (informative) Diagramme des calculs de freinage d'immobilisation .61
Annexe C (informative) Exemples de calcul de freinage .64
Annexe D (informative) Calcul des efforts de freinage (non statiques) .79
Bibliographie .84
iv © ISO 2018 – Tous droits réservés

Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d
...