Concept and construction design of a freight wagon bogie frame with variable axle distance
Değiştirilebilir aks açıklığı olan bir yük vagonu boji karkası konsept ve taşıyıcı konstrüksiyon tasarımı
- Tez No: 541880
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EMİN SÜNBÜLOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 131
Özet
Gelişmekte olan dünyamızda, insan ve yük taşımacılığının önemi sürekli artmaktadır. Raylı sistemler, güvenli, ekonomik ve sürdürülebilir olmakla birlikte, özellikle enerji verimliliği açısından taşımacılık alanında en uygun ulaşım yolu olarak kabul görmektedir. Raylı sistemlerde kullanılan araçlar; lokomotif, yük ve yolcu taşıyan vagon, lokomotif ve vagonların raylar üzerindeki hareketini sağlayan tekerlekli aksam olan boji, olarak sınıflandırılabilir. Uzun mesafe taşımacılığında etkin olarak kullanılan raylı sistemler ile ülkeler arasında yol alırken birtakım engeller karşımıza çıkmaktadır. Ülkelerin sınırları içerisindeki demiryollarının hat açıklığı, kendi içinde çok büyük oranda aynı olmasına rağmen, bu açıklık mesafesi ülkeden ülkeye farklılık gösterebilmektedir. Bu nedenle, demiryolu araçları, ülke sınırları içinde sürekli hareket kabiliyetine sahip iken, hat açıklığı farklı olan ülkeye geçiş durumunda, var olan bojilerini teker açıklığı farklı olan bojiler ile değiştirmek zorunda kalmaktadır. Demiryolu hat açıklığı 1435mm olan ülkemiz ile 1520mm hat açıklığına sahip doğudaki komşu ülkeler arasında da böyle bir değişim sistemi uygulanmaktadır. Bu değişim vagonların ve lokomotifin tek tek, vinçler ile kendi bojilerinden ayırıp, diğer demiryolundaki bojiler üzerine konulması işlemi ile yapılmaktadır. Kullanılan bu sistemin, iş gücü ve zaman kaybı açısından düşünülürse çok büyük dezavantajı söz konusudur. Bu tez kapsamında yapılan çalışmada; raylı sistem standartlarını sağlayan, ülkemiz çalışma ve üretim şartlarına uygun, tekerlekleri arasındaki mesafesi değiştirilebilir bir boji tasarımı ile bahsedilen zaman ve enerji kaybının ortadan kaldırılması amaçlanmıştır. Çalışmalar sayesinde günler mertebesinde olan değişim işlemi saatler mertebesine inecektir. Yapılan tasarım sayesinde, farklı mesafe ölçülerine sahip demiryollarının birleşme noktalarında kurulacak olan değişim istasyonlarında; trenlerin yavaşlayarak, herhangi bir duraksama olmadan, sürekli bir şekilde diğer demiryoluna geçişi tamamlanacaktır. Bojideki iç aks kutularında uygulanan kilit sistemi ile, seyir halinde tekerleklerin bojiye göre konumu sabit tutulmakta iken, bahsedilen değişim istasyonlarında kilitler açılmakta, ve bir kılavuz ray ile tekerleklerin konumları değiştirilmektedir. Bu süre zarfında, vagonu taşıma işlemini bojinin yan yapıları üstlenecektir. Tekerleklerin yer değişiminin tamamlanmasının ardından; kilit tekrar kapanarak, tekerleklerin hareketini önlemeye devam edecektir. Bu sayede sürekli vagonlar sürekli bir şekilde ilerleyebilecektir. xxvi Boji tasarlanırken öncelikle raylı sistem standartlarında yer alan tasarım kriterleri incelenmiştir. Yapılan konsept tasarıma; maksimum aks yükü, maksimum hız, izin verilen geometrik uzunluklar, standart parçaların birbirine göre konumları ve gibi bu standartlardan edinilen bilgiler yardımıyla başlanmıştır. Tasarım, CATIA V5 yazılımı kullanılarak oluşturulmuştur. Yapılan konsept tasarım, üç parçalı boji olarak adlandırılan boji tipi esas alınarak yapılmıştır. Fakat değişebilir aks açıklığına sahip olabilmesi için diğer boji tiplerinden daha farklı bir tasarım yapılmıştır. İlk olarak ana taşıyıcı oluşturulmuş, ardından yan taşıyıcılar tasarlanmıştır. Standart bojilerde sağ ve sol olmak üzere iki yan taşıyıcı bulunur iken, yapılan konsept tasarımda dört adet yan taşıyıcı kullanılmıştır. Aynı zamanda standart bojiler iki aksa sahip iken yeni tasarımda her tekerlekte bir adet olmak üzere toplamda dört adet aks kullanılmıştır. Kullanılan dört adet aks için toplamda sekiz adet olmak üzere, dört adet iç ve dört adet dış aks kutusu tasarlanmıştır. İç aks kutusu, yatay yönde hareketi kısıtlayan kilit mekanizmasını içermektedir. Yapılacak olan değişim istasyonlarında, kılavuz rayın yardımı ile kilit açılarak, tekerleklerin iç veya dış tarafa hareketi tamamlamasının ardından yine kılavuz ray yardımı ile kilitlenerek yatay hareketi kısıtlamaya devam edecektir. İç aks kutusu ile dış aks kutusu aynı tip standart rulman kullanmakta olup üst taraflarında kauçuk parçalar bulundurmaktadır. Konsept tasarıma devam edilirken; raylı sistem standartları incelenerek, bojinin maruz kaldığı yükleme durumları ve sürüş koşulları incelenmiştir. Bu koşullara uygun standart parçalar (boji yayları, mil, rulman) gerekli hesaplamalar yapılarak seçilmiştir. Bojinin tasarımı, belirlenen parçaların ölçülerine uygun olacak şekilde oluşturulmuştur. Standartlarda yer alan yükleme durumlarının incelenmesi ve yapılan hesaplamaların ardından, yükleme koşulları tablosu oluşturulmuştur. Bu tabloda yer alan yük senaryoları, standartlardaki tüm yüklem durumlarını ve bu yüklemelerin gerekli kombinasyonlarını içermektedir. Sonlu elemanlar metodu ile yapılan analizde bu yükleme durumları kullanılmıştır. Yapılan tasarımın tamamlanmasının ardından bojinin, sonlu elemanlar metodu kullanılarak analiz edilmesi amacı ile sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Bojinin karkası ve iç aks kutusu yükleme koşullarına göre ayrı ayrı analiz edilmiştir. Sonlu elemanlar analizi modeli oluşturulurken Altair Hypermesh yazılımı kullanılmıştır. Boji karkası uygun eleman tipleri ile modellenmiş, standart parçalar rijit elemanlar ile modellenmiştir. Her yükleme koşulu için, duruma uygun sınır koşulları verilmiştir. Oluşturulan model ABAQUS yazılımı ile çözülmüştür. Boji karkası toplamda standartlara göre hazılananmış yirmi yedi farklı yük senaryosu ile analiz edilmiş, sonuçlar incelenmiştir. Yüksek gerilmeye maruz kalan bölgelerde çeşitli iyileştirilmeler yapılmış, tüm yük senaryoları ile tekrar analiz edilmiştir. Bu iyileştirme iterasyonları, boji karkasındaki gerilme değerleri güvenli mertebeye ulaşıncaya kadar tekrar edilerek tasarım optimize edilmiştir. xxvii Boji karkasının analizinden alınan, iç aks kutusuna gelen kuvvet değerleri tüm senaryolar için incelenmiş, en tehlikeli durumlar için oluşan kuvvetler belirlenmiş, ardından aks kutusu modeli hazırlanmıştır. İç aks kutusu ve içerdiği kilit mekanizmasının modeli, boji karkasından ayrı olarak oluşturulmuştur. Modelleme işlemi için Altair Hypermesh yazılımı kullanılarak oluşturulan modelde bağlantı elemanları ve aks rijit olarak modellenmiştir. Boji karkasının analizinden alınan kuvvet değerleri girilmiş ve sisteme uygun olarak sınır koşulları tanımlanmıştır. Yüksek miktarda temas elemanı içeren iç aks kutusu modeli ABAQUS kullanılarak çözülmüştür. Uygulanan kuvvetler ile yapılan analizde aks kutusunda oluşan gerilme değerlerinin sınır değerlere yakın olmadığı, güvenli bölgede olduğu gözlemlenmiştir ve üzerinde bir iyileştirme işlemi yapılmamıştır. Yapılan tüm analizlerin sonuçlanmasının ardından LIMIT CAE yazılımı kullanılarak boji için kaynak yorulma analizi yapılmıştır. Yorulma analizi için, oluşturulan sonlu elemanlar modeli ve analiz sonuçlarından elde edilen gerilme değerleri yazılıma bilgi olarak girilmiştir. Bojideki tüm kaynaklar için, kaynak tipi, kaynak kalitesi bilgileri girilmiştir. Yapılan analiz, standartlarda yer alan yorulma koşullarına uygun olarak yapılmıştır. Bu yükleme durumlarındaki değerler tablo haline getirilerek programa giriş yapılmıştır. Yorulma için kullanılacak çevrim sayıları ve gerilme değerlerinin uygun hale getirilmesi için gerilme değerleri ölçeklenerek yazılıma girilmiştir. Yapılan yorulma analizinin ardından, sonuçlar incelenmiş, bazı kaynak bölgelerinde yüksek gerilme değerlerinden kaynaklanan tehlikeli bölgeler saptanmıştır. Bu bölgelerde kaynak kalitesini iyileştirme ve kaynak yapılan sacların kalınlık değerlerini arttırma işlemleri ile tekrar analizler yapılmış olup, sonuç olarak tüm kaynakların uygun değerlere sahip olması sağlanmıştır. Analizler ve iyileştirme işlemleri sonunda; tasarlanan bojinin tüm yükleme ve yorulma koşullarında güvenli sonuçlar verdiği görülmüştür. Yeni boji tasarımı ile, farklı demiryolu hat açıklığına sahip işletmeler arasında, uzun iş gücü ve zaman kaybı elimine edilerek, demiryolu araçlarının sürekli hareket halinde geçişinin sağlanması amaçlanmıştır. Elde edilen sonuçların ışığında, tasarımın bu amaca yönelik, güvenli bir tasarım olduğu ve tüm raylı sistem standartlarını karşıladığı görülmektedir. Yapılan bu tasarım bir konsept tasarımdır. Standart parçalar kullanılmış olup, tasarım yapılırken ülkemizin üretim şartları göz önünde bulundurulmuştur. Gelecekte yapılacak projelerde yapılan tasarımın bir prototip imalatı yapılarak, gerçek yükleme koşullarında test edilmesi ve bu testler ile uygunluğunun değerlendirilmesi düşünülmektedir. Prototip imalatı ve prototip üzerinde yapılan testlerin başarılı olması durumunda, tasarımın üretime geçirilerek, ülkemizdeki demiryolu ticaretine büyük katkı yapması planlanmaktadır.
Özet (Çeviri)
In the world, the importance of the human transportation and the cargo is arising. The railway systems are safe, economic and sustanaible right along with being the most energy efficient way of transportation. The vehicles in the railway systems are the locomotive, the cargo or human transportation wagon and the bogie which is the wheeled part. During the usage of railway systems which is efficient in long haul, some problems are encountered. While the track gauge can be same inside most of the countries but it may change between country to country. Railway vehicles have ability to move along the country but if the track gauge changes in the other country during the transportation, the bogies must be changed to adopt to the the different wheel distances. At the boundaries of the countries, this process requires to seperate each wagon and locomotive one by one from their bogies with cranes and to place them to the new bogies of the other railway. Within the study in this thesis, it is aimed to eliminate the time and energy loss with the design of a bogie which has variable gauge between its wheels, which is appropriate for the working and manufacturing conditions of our country and which is also conforming to the railway system standards. With the help of the proposed design, the change stations will be established at the junction points of the railways with variable gauge dimensions. Thus the railway tracks will move in a continuous manner, without any hesitance, the transition to the other railway will be completed. While the wheels and the bogies positioning is kept constant en route by the lock system of the the inner axle boxes in the bogie, the locks are opened in the change stations, and the positions of a guide rail and the wheels are changed there. During the switching process, the load is carried by the side structures of the bogie, the frames. When the replament of the wheels are completed the lock will be closed again to disable the movement of the wheel. The concept design of bogie is created with CATIA V5, in accordance with the railway systems standards and operating conditions. The design is based on the three-piece bogie concept.The finite element model of the bogie was created with Altair Hypermesh pre-process program, and solved with ABAQUS. Fatigue analysis solved with LIMIT-CAE.
Benzer Tezler
- Demiryolunda balastsız üst yapıların hesabı ve LVT için örnek hatta farklı araç işletimleri için parametrik irdeleme
Ballastless railway track systems design and parametrical study for different types of vehicle operation on a sample line for LVT system
MEVLÜT MERT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZÜBEYDE ÖZTÜRK
- Topoloji optimizasyonu yöntemi ile ağırlığı azaltılmış, yeni bir araç taşıyıcı yüksek konteyner kavramsal tasarımı
The conceptual design of a high container weight reduced by topology optimisation method
ALİCAN KILIÇASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YALÇIN ÜNSAN
- Maliyetlerin değerlendirilmesi açısından lojistik köy modellemesi
Logistic village modelling in terms of cost assessments
BORA ÖÇAL
- Mega projelerde inşaat ve risk yönetimi: Marmaray projesi kapsamında bir değerlendirme
Construction and risk management in mega projects, an assesments within Marmaray project
UĞUR KIZILTEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ PELİN ALPKÖKİN
- Geniş açıklıklı uzay kafes sistemlerin ilgili Türk ve Avrupa standartları uyarınca karşılaştırmalı olarak incelenmesi
Comparative research of wide span space truss systems according to related Turkish and Europe standarts
UĞUR KARABULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE DALOĞLU