Design and dynamic analysis of three-axle freight bogie
Üç axle freight bogie'nin tasarımı ve dinamik analizi
- Tez No: 606281
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EMİN SÜNBÜLOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Raylı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Raylı Sistemler Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 91
Özet
Bu tez, standart Y25 bojisine dayanan üç akslı yük boji yeni bir tasarımını ve dinamik analizini sunmaktadır. Basit mekanizması nedeniyle Y25 navlun boji, Avrupa'nın ve Orta Do˘gu gibi dünyadaki di˘ger bazı bölgelerin en popüler yük bojisidır. Bu boji performansındaki artı¸s ve yük ta¸sıma kapasitesinin arttırılması mühendisler için ilginç bir konudur. Standart tekerlek setleri, kolayca artıramayacak belli bir yük ta¸sıma kapasitesine sahiptir. Bu nedenle, tekerlek takımlarının sayısındaki artı¸sla boji yükü kapasitesini artırabilir. Boji çerçevesi, üç tekerlekli sete yerle¸stirilmek üzere tasarlanmı¸stır. Tasarlanan bojinin dinamik davranı¸sını incelemek için SIMPACK multibody dinamikleri simülasyon yazılımı kullanılmı¸stır. Birincil süspansiyon sistemi iç ve dı¸s helezon yaylardan olu¸san gerçek modele çok yakın olmaya çalı¸sılıyor. Di˘ger standart nakliye bojileri gibi damperler sürtünme damperleridir. Tasarlanan bojinin performansını incelemek için e˘gri pistinde model üzerinde dinamik analiz yapılır. Demiryolu sistemleri, a¸sa˘gıdakileri içeren üç genel alt sisteme sınıflandırılabilir: Araç Tekerlek ve ray çifti Hat yapısı Çe¸sitli esnek ve rijid bile¸senlerden olu¸san mekanik sistemler, multibody sistemler olarak modellenebilir. Bir hadde sto˘gunun tipik bir çoklu gövdesi sistemi, ideal ba˘glantıları olan rijid gövdelerden, kavrama sistemlerinden, kuvvet elemanlarından, temas parçalarından ve süspansiyon sistemlerinden olu¸sur. Dinamik davranı¸sı analiz etmek için hareket denklemlerinin kuvvet ve moment dengesinden kaynaklanması gerekir. Ayrıca tekerlek / ray teması, demiryolu ta¸sıtlarının dinamiklerinde haddeleme stok özelliklerini etkileyen di˘ger bir önemli fenomendir. Bu tür analizlerde kullanılan birkaç sayısal yöntem vardır. Örne˘gin, Runge Kutta yaygın olarak kullanılmaktadır [4]. Ana nokta, hareket denklemlerini hesaplamak için küçük zaman adımlarını kullanmaktır. Çok gövdeli sistem (MBS) yakla¸sımı ço˘gu zaman büyük do˘grusal olmayan hareketlere maruz kalan bir raylı ta¸sıtın mekanik sisteminin dinamik davranı¸sını tanımlamak için en yararlıdır. Raylı ta¸sıtın çok gövdeli bir dinamik sistemi, ideal ba˘glantılar, temas ve ba˘glantı elemanları kullanarak birbirine ba˘glanan rijid elemanlardan olu¸sur. Raylı ta¸sıt analizinde gövdelerin deformasyonu ihmal edilemez, bu nedenle söz konusu yöntemin geni¸sletilmi¸s uygulaması, yani Esnek Çok Amaçlı Sistemler yönteminin uygulanması gerekir. Vücuda sabitlenmi¸s bir koordinat sistemi, bir demiryolu ta¸sıt sisteminde her bir gövdenin deformasyonu hakkında bilgi edinmek için sonlu elemanlar yönteminin formülasyonunda kullanılmaktadır. Zaman Entegrasyonu çözücü, çok gövdeli modelin zaman içindeki davranı¸sını hesaplar. Zaman Entegrasyonu çözücüsü tamamen do˘grusal olmayan davranı¸sların davranı¸sını belirler. Tekerlek/Ray Etkile¸simi için ˙Ileti¸sim Algoritmaları, FASTSIM Alogrithm, Kalker tarafından geli¸stirilmi¸stir. Algoritmanın temel prensibi, te˘getsel gerilmeler ve yer de˘gi¸stirme arasındaki ili¸skinin, Cerruti tarafından geli¸stirilen esneklik teorisini kullanmak yerine basitle¸stirilmi¸s esneklik teorisi temelinde kullanılmasıdır. Hareket denklemini çözmek için çevrimiçi zaman entegrasyon yöntemi kullanılmı¸stır. Tasarlanan modelin performansını ö˘grenmek için, analiz“Demiryolu ta¸sıtlarının çalı¸sma özelliklerinin kabulü için test”(EN 14363) kodunda sunulan test ko¸sullarına dayanarak yapılandırılmı¸stır. Test yapılandırmalarında iki ana bölüm vardır. Birincisi, dura˘gan testler olan ön onaydır. ˙Ikincisi ise, iz süren testler olan aracın ko¸sma davranı¸sının denenmesidir. Ön onay testleri temel olarak bir aracın farklı bile¸senleri arasındaki kuvvetlerin ve yer de˘gi¸stirmelerin ölçümünü içerir. Bu tezde analiz için sabit testler kategorisindeki bükümlü raylarda raydan çıkmaya kar¸sı güvenlik ve normal ölçüm yöntemiyle tam ray üzerinde testler seçilmi¸stir. 'On-track' testleri, planlanan hız aralı˘gında çalı¸san davranı¸sın ve aracın eksikli˘ginin de˘gerlendirilmesinde kullanılır. Test ko¸sulunun yapılandırılması, e˘gim yetersizli˘ginin de˘geri ile ilgilidir. Her e˘gri için ve izin verilen e˘gim yetersizli˘gi de˘gerine dayanarak dengeleme hızı hesaplanmalı ve test modeli için geçerli olmalıdır. Bir aracın bir e˘grideki hızı, tekerlek - ray kuvveti bile¸senlerinin pist düzlemine normal oldu˘gu hızdan daha yüksek oldu˘gunda e˘gim yetersizli˘gi mevcuttur. Konsol eksikli˘gini azaltmak için, hız dü¸sürülebilir veya a¸sırı yükselme arttırılabilir. Sonuç bölümünde, daha gerçek bir durumda sonuç elde etmek için, tasarlanan bojinin bir yük vagonunda (kısa ve uzun) kullanıldı˘gı ve program üzerinde tam yerinde testlerin yapıldı˘gı belirtildi. Ray konfigürasyonunda 16 farklı durum tabanı, kısa veya uzun araç ve dara veya yük durumu incelenmi¸stir. Çıkarılan sonuçlar, EN 14363 kodunda belirtilen beklentileri yerine getirmi¸stir. Hat modeli, 1435 mm'lik mastar ile standart UIC Hattidir. Boji ilk önce 40 m boyunca düz bir yolda ilerler, daha sonra 35 m boyunca iletim kısmına gider ve 150 m yarıçapı ile 75 m uzunlu˘gunda ve 100 m yarıçaplı e˘gri kısmına ba˘glanır. Tekerlek takımları için yanal deplasman çıktısı, ray-tekerlek çifti çıkı¸s kuvveti, yaylar ve damperler dahil süspansiyon komponentleri üzerindeki kuvvet çıkı¸s de˘gerleri ve tekerlek takımlarındaki raydan çıkma faktörünün çıkarılması hakkında sonuçlar bölümü tasarlanan bojinin yeterli performansını göstermektedir. Tekerlek takımlarının yanal yer de˘gi¸stirmesi ve yaylar ve sürtünme damperleri için zorlu çıkı¸s de˘gerleri ve tekerlek takımları arasında kar¸sıla¸stırma yapılması, raylı ta¸sıtın performans çalı¸sması için iyi bir araçtır. Ray-tekerlek çifti çıkı¸s kuvveti içeren ve daha fazlası, tekerlek takımlarındaki raydan çıkma faktörünün çıkarılmasıyla ilgili sonuçlar bölümü, tasarlanan bojinin kabul edilebilir bir performansını göstermektedir. Boji performanslarından elde edilen sonuçları kullanarak, tasarlanan model süspansiyon sistemini iyile¸stirmek ve optimize etmek ve güvenli bir ¸sekilde yük ta¸sıma kapasitesini artırmak mümkündür. E˘gri yarıçapının etkisi, vagonun yüklenme ko¸sulunun yanı sıra vagonun kısa veya uzun olmasının yanı sıra, çıkarılan raydan çıkma faktörleri üzerinde gözlenebildi˘gi görülmektedir. E˘gri yarıçapı daha küçük oldu˘gunda, vagon yüklenir ve kısadır, raydan çıkma faktörleri daha yüksek de˘gerlere sahip olacaktır. De˘gerlendirme süreci, EN 14363 koduyla uyumludur, ancak 100% de˘gildir. Elde edilen sonuçlar, kodda belirtilen çalı¸sma güvenli˘gi için beklentileri kabaca kar¸sılamı¸stır. Demiryolu ta¸sıtlarının geli¸stirilmesi, yeni fikirler gerektiren karma¸sık bir ara¸stırma alanıdır. Süspansiyon sistemi performansının iyile¸stirilmesi, ko¸su performansı risklerinin azaltılması ve tasarlanan boji için ula¸stırma sistemine uygulanabilir ve maliyet etkin olması için gerekli optimizasyonların yapılması gelecekteki çalı¸smalar için ilginç bir konu olabilir.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a design and dynamic analysis of the three-axle freight bogie based on the standard Y25 bogie. Y25 freight bogie, because of its simple mechanism, is the most popular freight bogie in the Europe and some other areas in the world like middle east. Enhancement in this bogie performance and increasing the capacity of carrying load have been an interesting topic for engineers. Standard wheelsets have a certain load carrying capacity which can not increase it easily. Therefore by increasing the numbers of the wheelsets it may increase the bogie load capacity. The bogie frame is designed to set on three wheelsets. In order to study dynamic behavior of the designed bogie, multibody dynamics simulation software SIMPACK has been used. The primary suspension system is tried to be so close to the real model consisting inner and out coil springs. Dampers like the other standard freight bogies are friction dampers. In order to study performance of the designed bogie, dynamic analysis is made on the model on a curve track. The track model is standard UIC track with the gauge of 1435 mm. The bogie first runs in a straight track for 40 m then goes into the transmission part for 35 m and with radius of 150 m to be connected to the curve part with 75 m length and 100 m radius. Then two short and long wagons have been modeled and analyzed in order to observe the bogie performance in the real condition and the complete on-track tests have been made on the program based on the EN 14363 to examine the designed bogie performance. Sixteen different condition base on the track configuration, short or long vehicle, and tare or laden condition have been studied. The results section containing lateral displacement output for wheelsets, rail-wheel pair output force, force output values on suspension components including springs and dampers and more on extracting of the derailment factor on wheelsets shows sufficient performance of the designed bogie.
Benzer Tezler
- Bir raylı taşıt bogisinin sonlu elemanlar yöntemiyle yorulma analizi
Fatigue analysis of a railway vehicle's bogie with finite element method
SUAT SABIRLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAHİT MECİTOĞLU
- Numerical investigation of running dynamics of a freight wagon bogie with variable gauge wheels
Aks açıklığı değiştirilebilir bir yük vagonu bojisinin seyir dinamiğinin sayısal olarak incelenmesi
GÖKHAN KARAKAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiRaylı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMİN SÜNBÜLOĞLU
- Kentiçi raylı sistemlerin üstyapısı ve dinamik analizi
Superstructure of urban railway and dynamic analysis
ONUR ÖZALP
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
UlaşımYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İSMAİL ŞAHİN
- Optimization of ride comfort for vehicles equipped with passive and active hydro-pneumatic suspensions
Pasif ve aktif hidropnömatik süspansiyonlu araçların sürüş konforunun optimizasyonu
FERHAT SAĞLAM
Doktora
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAVUZ SAMİM ÜNLÜSOY
- Hafif saldırı uçağı için burun iniş takımı yapısal tasarımı ve analizi
Structural design and analysis of nose landing gear for light attack aircraft
HAMDİ TÜRKMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ÖZKOL