Raylı sistemlerde tekerlek–ray kuvvetlerinin belirlenmesi için ölçüme dayalı bir hesaplama yönteminin geliştirilmesi
Development of a measurement based calculation method to determine wheel-rail forces in railway systems
- Tez No: 1011294
- Danışmanlar: PROF. DR. MUZAFFER METİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Teorisi ve Kontrol Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, demiryolu taşıtlarından raylara iletilen düşey ve yanal tekerlek–ray temas kuvvetlerinin belirlenmesine yönelik ölçüme dayalı hesaplama yöntemi geliştirilmiştir. Önerilen yöntemde, taşıt üzerine yerleştirilen sensörlerden elde edilen ivme, süspansiyon yerdeğiştirme, hız verileri kullanılmış ve temas kuvvetlerinin dolaylı olarak hesaplanması amaçlanmıştır. İlk olarak düz yol ve kurp bölgesi için Newton'un ikinci yasasına dayalı toplam yanal ve düşey temas kuvvet denklemleri, süspansiyon kuvvetleri ve kütlesel ivmeye bağlı analitik olarak formüle edilmiştir. Geliştirilen denklemlerin doğrulanması amacıyla, Yerli İstanbul Tramvayı referans alınarak SIMPACK yazılımında, analitik kuvvet denklemleri ise MATLAB/Simulink'te modellenmiştir. Farklı taşıt hızı, kurp yarıçapı, dever miktarı için analizler yapılmış ve geleneksel varsayımlardan kaynaklanan sapmaların oluştuğu belirlenmiştir. Sapmaların azaltılması amacıyla düşey ve yanal vekil fonksiyonları geliştirilmiş ve fonksiyonlardaki bilinmeyen katsayılar regresyon analiz tekniğiyle belirlenmiştir. Vekil fonksiyonların dâhil edilmesiyle geliştirilen analitik model için simülasyonlar yapılmıştır. Simülasyonlar sonucunda, düz yoldaki düşey ve toplam yanal kuvvetlerinin %99,6'ın, kurp bölgesindeki düşey kuvvetlerin %98,9'un, toplam yanal kuvvetlerinde %99'un üzerinde tutarlılık gösterdiği belirlenmiştir. Son olarak, geliştirilen yöntemler kullanılarak toplam yanal tekerlek–ray temas kuvvetinin iç ve dış tekerleklere ayrıştırılması için ölçüme dayalı hesaplama yöntemi geliştirilmiş ve analitik olarak ayrıştırılmıştır. Simülasyon ortamında geliştirilen yöntem ile SIMPACK kuvvet çıktıları karşılaştırılmış, kurp bölgesi ve tüm hat dikkate alınarak yapılan karşılaştırmada, yanal tekerlek temas kuvvetlerinin sırasıyla %90'ın ve %93,3'ün üzerinde tutarlılık gösterdiği belirlenmiştir. Geliştirilen yöntem için gerçek saha testleri yapılmış ve testlerden elde edilen ölçüm sonuçları, raydan elde edilen mutlak kuvvet ve SIMPACK çıktıları ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda, iç ve dış tekerlek yanal temas kuvvetleri yüksek tutarlılık oranında belirlenmiştir. Sonuç olarak, çalışmada geliştirilen ölçüme dayalı hesaplama yöntemi ile toplam yanal (𝐻) kuvveti, iç ve dış tekerlek–ray temas noktalarına ayrıştırılmış ve bu yönüyle literatürde yer alan benzer yaklaşımlardan ayrılmıştır. Bu sayede, enstrümanlı tekerleklere ihtiyaç duymayan, mevcut taşıt sensörleriyle uyumlu, düşük maliyetli ve çevrim içi uygulanabilir bir yöntem geliştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a measurement-based computational method was developed to determine the vertical and lateral wheel–rail contact forces transmitted from railway vehicles to the rails. In the proposed method, acceleration, suspension displacement, speed data obtained from sensors installed on the vehicle were used, and the contact forces were calculated indirectly. Firstly, total lateral and vertical contact force equations for straight track and curve regions were analytically formulated based on Newton's second law, considering suspension forces and mass acceleration. Verifing the developed equations, the Istanbul Tram was taken as reference. Vehicle model was created in SIMPACK, while the analytical force equations were modeled in MATLAB/Simulink. Analyses were carried out for different vehicle speeds, curve radii, cant values, and deviations caused by conventional assumptions were identified. Reducing these deviations, vertical and lateral surrogate functions were developed, and unknown coefficients of these functions were determined using regression analysis technique. Simulations performed with the analytical model incorporating the surrogate functions showed that vertical and total lateral forces on straight tracks, vertical forces in curve regions and total lateral forces, 99.6%, 98.9%, and 99% consistency, respectively. Finally, measurement-based computational method was developed to separate the total lateral wheel–rail contact force into inner and outer wheels. Developed method in the simulation environment was compared with SIMPACK force outputs. Considering both the curve region and the entire track, lateral wheel contact forces showed consistency rates above 90% and 93.3%, respectively. Field measurement test results were compared with absolute forces obtained from the rail and SIMPACK outputs. Results demonstrated high consistency for inner and outer wheel lateral contact forces, and proposed method separated the total lateral force into inner and outer wheel–rail contact points. Thus, a low-cost online method compatible with existing vehicle sensors, without instrumental wheelsets, and distinct from existing literature methods was developed.
Benzer Tezler
- Raylı sistemlerde adezyonun önemi E5000 üzerinden bir analiz
Importance of adhesion on rolling stock an analysis on E5000
YASİN ERTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN GÖKAŞAN
- Y32 bojisinin farklı vagon ağırlıklarına adaptasyonu
Adaptation of the Y32 bogie to the different weight of coaches
ERBİL BİLGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAHMİ GÜÇLÜ
- Design and dynamic analysis of three-axle freight bogie
Üç axle freight bogie'nin tasarımı ve dinamik analizi
MOHAMMAD ABEDI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiRaylı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMİN SÜNBÜLOĞLU
- Raylı sistemlerde tekerlek-ray arasındaki aşınma
Wheel-rail wear in railway systems
MEHMET ZAHİD HAMARAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAHMİ GÜÇLÜ
- Raylı sistemlerde tekerlek düzleşmesinin tespiti
Detection of wheel flattening in rail systems
ABDURRAHİM ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YENER TAŞKIN