Geri Dön

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

PDF İndir

  1. Tez No: 714574
  2. Yazar: GÖKHAN KARAKAŞ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. EMİN SÜNBÜLOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Ulaşım, Mechanical Engineering, Transportation
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Raylı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Raylı Sistemler Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 129

Özet

Demiryolları; hem yük hem de yolcu taşımacılığında sürdürülebilir, ekonomik, enerji etkin ve emniyetli oluşuyla ulaşım modları içerisinde önemli bir yer tutmaktadır. Demiryolu sistemlerinin var olduğu ilk günden bugüne dek teknik gereksinimlerini ve iyileştirmelerini karşılamak amacıyla taşıtlar, raylar ve hat yapısı bazında birçok yenilik yapılmıştır. Çeken ve çekilen demiryolu taşıtlarının, demiryolu hattında kurp ismiyle bilinen geometrik dönüşlere uyum sağlama performansını artırmak için boji adı verilen dingil grupları kullanılmaktadır. Bojiler en az iki dingil üzerine oturtulmuş şasiler olup taşıtların gövdeleri bojilerin merkezindeki mafsala oturtulur. Bu sayede kurplarda seyreden taşıtlar, tekerlekler için daha uygun bir konumlanış sağlarlar. Bojiler seyir emniyet ve konforuna katkılarının yanı sıra fren sistemleri gibi trenler için kritik önemdeki düzenekleri taşırlar. Demiryolu hattında yük taşıyan iki tren rayı arasındaki mesafe dünya üzerinde çeşitli bölgeler arasında değişiklik gösterirken araçlardaki her dingil için iki tekerlek arasındaki mesafe de hat açıklığına göre değişmek durumundadır. Dolayısıyla farklı açıklıklara sahip iki bölge arasındaki yük ve yolcu seferlerinde kullanılan bojilerin veya taşınan konteyner yüklerinin sefer esnasında değişimi için özel kurulmuş tesislerde ilave iş gücü ve zaman kaybı durumu ortaya çıkmaktadır. Maliyetli bir çözüm olarak bazı bölgelerde çift hat açıklıklı yollar da kullanılabilmektedir. Hat açıklıkları farklı belirli iki bölge arasında yapılan tren seferleri için etkin bir çözüm olarak her iki bölgeye de uyum sağlayabilen aks açıklığı değişebilir bojiler kullanılabilmektedir. Bu bojiler sayesinde aynı dingil eksenine ait iki farklı tekerleğin birbirine göre yatay eksendeki mesafesi değişebilirken, trenler hat açıklığının değiştiği esnada durma yaşamadan seyrine devam edebilmektedir. Bu tez çalışmasında aks açıklığı değiştirilebilir bir yük vagonu bojisinin seyir davranışlarının incelenmesi amacıyla bilgisayar ortamında çoklu gövde benzetimi amaçlanmıştır. Boji şasisi ve vagon gövdesi arasındaki süspansiyon boji yan çerçevesinin merkezinde konumlandığı için söz konusu model Amerikan tipi döküm bojinin dinamik karakteristiklerine benzemektedir. Bu tip bojiler üç parçalı boji olarak bilinmekte olup normalde iki yan çerçeve ve bir boji traversinden oluşur. Bu üç ayrı parça birbirine elastik bağlar ve sönüm elemanları ile irtibatlıdır. Boji traversinin bir diğer ismi bolster olup taşıt gövdesi ve boji irtibatını sağlayan pivotu da taşımaktadır. Düşey ve yatay eksenlerde oluşan ivmelenmeler bolster ve yan çerçevelere sürtünen sürtünme kamaları sayesinde sönümlemektedir. Demiryolu taşıtlarının seyir davranışlarında kritik göreve sahip olan tekerlek-ray etkileşimleri, süspansiyon bileşenleri; sonuç olarak da yük vagonlarının dinamik davranışları çok gövdeli benzetim yazılımları kullanılarak benzetilebilir ve bu da yüksek maliyetli fiziksel testler için geçerli bir alternatif sağlayabilir. Bu noktada seyir dinamiğinin benzetimi içi rijit veya esnek gövdeleri mafsallar ve kuvvet elemanları gibi bileşenler yardımıyla ilişkilendiren ve dinamik denklemleri kullanarak çözümleyebilen MBS yazılımları oldukça kullanışlıdır. Aks açıklığı değiştirilebilir bojinin benzetiminden önce bojinin yan çerçeveleri, sürtünme kamaları, bolster ve tekerlek milleri tasarım parametrelerine uygun olarak CATIA V5 yazılımında parça dosyası olarak modellenmiştir. Bu parçalar MBS için kullanılan SIMPACK paket yazılımına aktarılmıştır. Vagonlarda çok sayıda tekrar eden tekerlek setleri ve tekerlek setlerinin bulunduğu bojiler alt modeller kullanılarak oluşturulup birleştirilmiştir. Bu parçalar üç parçalı bojilerin içerdiği tekerlek-boji arasındaki birincil süspansiyon, boji-taşıt gövdesi arasındaki merkezi süspansiyon, boji göbek mafsalları ve yan yasıklar vasıtasıyla irtibatlanmıştır. Yazılımda tekerlek profili, ray profili, üç boyutlu uzayda demiryolu hatları, tekerlekray çiftleri ve temasları oluşturulmuştur. Dinamik davranışların testleri için kullanılan demiryolu hat kısımları EN 14363“Demiryolu uygulamaları – Demiryolu taşıtları seyir niteliklerinin kabul deneyleri – Seyir davranışlarının denenmesi ve durağan deneyler”standardında belirtilen isterlere göre tanımlamıştır. Ayrıca standartta belirtildiği gibi, test koşullarına göre taşıtların uzunluk, ağırlık ve sürat konfigürasyonu gibi parametreleri işlenmiştir. Standart bir Amerikan tipi boji ve aks açıklığı değişebilen bojiler çok gövdeli mekanizmalar mantığıyla modellenmiştir. Dinamik analizi yapılan aks açıklığı değişebilen boji 1435 mm ve 1520 mm olmak üzere iki ayrı hat açıklığında çalışmaktadır. Her iki açıklık durumu için de yatay eksende konumlanabilen tekerlekler test edildiği açıklıklığa göre yataklanmıştır. Gerçekleştirilen testler sonrasında iki ayrı açıklık durumunda da ilgili EN standartlarının isterlerine göre mukayese edilmiştir. Bojiler ve vagon arasındaki açısal yer değiştirmelere göre küresel mafsalda oluşan momentler EN 16235“Demiryolu uygulamaları – Demiryolu araçlarının seyir karakteristiklerinin kabul deneyleri – Yük vagonları – EN 14363'e göre hat üstü deneylerde belirlenen özelliklere sahip yük vagonlarının muafiyet koşulları”standardı çerçevesinde incelenmiştir. Aks açıklığı değiştirilebilir boji düz yolda ivmelendirilerek kritik hız açısından incelenmiştir. Konvansiyonel bir üç parçalı bojiye göre aks yapısının ve birincil süspansiyon yönteminin farkından kaynaklanarak instabilite karakterinde farklılık gözlemlenmiştir. Bükülmüş test yol analiziyle her iki açıklık için de“Metod 1”uygulanmıştır. Tekerlek başına gelen düşey ve yatay kuvvet değerleri incelenmiştir. Taşıtın derayman analizi Nadal kriterince değerlendirilmiştir. Tekerlek yükselmesi değeri standarttaki limitine göre kontrol edilmiştir. Hat üstü dinamik testler ilgili yol kısımlarının kurp yarıçaplarına göre dört ayrı sınıfta yapılmaktadır. Bu dört farklı yarıçapta deversiz düz yolda standartta belirtilen maksimum dever eksiklik değeri oluşturularak maksimum hız altındaki taşıt karakterleri analiz edilmiştir. Maksimum hızlar yüksek yarıçaplı kurplarda veya geometrik olarak aliyman olarak bilinen düz yollarda instabilite riskini ve taşıt ivmelenmelerini kontrol etme amacı taşımaktadır. Daha küçük kurp yarıçaplı yollarda ise yüksek değerlerde tekerlek kuvvetleri (yatayda ve düşeyde) oluşturulması amaçlanıp dönüş yay merkezinin geometrik olarak daha uzağında kalan ön tekerleğe ve raylara etkisi incelenir. Dinamik testler dört ayrı yol sınıfında taşıtın boş/dolu vagon ve kısa/dolu vagon durumları ayrı ayrı bakılarak iki açıklık için gerçekleştirilmiştir. Bahsedilen testler tamamlanarak tekerlekleri dar açıklıkta (1435 mm) olan aks açıklığı değiştirilebilir yük vagonu bojisi ve tekerlekleri geniş açıklıkta olan (1520 mm) aks açıklığı değiştirilebilir yük vagonu bojisi seyir dinamiği açısından standartları karşılamıştır. İlgili benzetimler ve sonuçlarındaki çıktılardan faydalanılarak önceden önerilen konsept kapsamında tavsiyeler oluşturulmuştur. Stabilite ve tekerlek-ray etkileşimleri açısından çıkarımlar ve kıyaslamalar yapılmıştır. Aks açıklığı değiştirilebilir boji için önerilen dizayn birebir modellenip kurpta hareketlendiğinde, tekerleklerin limitleyici elemanlarına rağmen kurpların iç tarafında kalan tekerleklerde derayman gözlemlenmiştir. Tasarımdaki iki iç tekerleğin birbirine göre yatay hareketlerini kısıtlamak amacıyla içeride kalan aks kutuları birbirine her iki uçta da rijit kirişlerle bağlanmıştır. Sonuç olarak derayman problem çözülmüştür. Standart bir üç parçalı boji artan hızlarla birlikten yükselen instabilite sorunuyla karşılaşırken önerilen yeni tasarımın modelinde bu daha az gözlemlenmiştir. Tekerlek-ray arası kuvvetler, süspansiyon yükleri ve deraymanla ilgili katsayılar gerekli standartları sağlamıştır ve modellenmiş olan aks aralığı eğiştirilebilir boji seyir dinamiği açısından simülasyonları başarıyla tamamlamıştır.

Özet (Çeviri)

Many innovations have been made on the basis of vehicles, rails and track structure in railway systems, which are of great importance for humanity. One among of a vast, axle groups called bogies are used to increase the performance of tractive and hauling stock to adapt curves on railway tracks. Thanks to bogies, the wheels provide a better positioning to the rails during their movements. The distance between two rails on railway line varies among various countries and regions around the world. The wheels on the vehicles also have to change and adapt to track according to this track gauge if the start and final points of the intended travel are on different gauge stations. Therefore, there is an additional labour and time loss in the track gauge changing situations of vehicles on railway routes passing over two different gauge. Variable gauge bogies are one of the best solutions to minimizing the cost and time of adaptation. This thesis aims to examine the running behaviour of a bogie design with variable gauge wheels using Numerical Multibody Dynamics Analysis. Wheel-rail interactions and many inter-vehicle interactions can be simulated with multibody simulation software platforms. A conventional three-piece bogie and the new design bogie are analyzed and compared in terms of stability, twisted track analysis and bogie yaw resistance according to the specified standards.“Method 1”was applied to the twisted track and the Nadal criteria were examined. The running safety was checked by staying below the limit values in the standard. On-track dynamic tests were performed only for the new design bogie. These dynamic tests were analyzed separately for various combinations of loading and vehicle length conditions using four differend classes of track according to their curve radii. The variable gauge distance bogie was also tested in two separate track gauges of 1435 mm and 1520 mm, as in the previous tests. Some parts of the studied bogie design were modeled in CATIA V5. In addition, wheel profile, rail profile, tracks in three-dimensional space, wheel-rail pairs and contacts are created in SIMPACK environment. Track and vehicle configurations where dynamic tests are carried out are modeled according to the requirements specified in EN 14363 and EN 16235 standards. An important recommendation was made to the design while performing all the tests. When the proposed design for the bogie was modeled exactly, derailment was observed in the wheels inside the curves. The problem has been solved by connecting the two inner axleboxes in the design to limit relative lateral movements to each other. As a result, while the new design exhibits a different character in terms of stability, it succesfully met the criteria examined in this study in terms of running safety of freight wagons.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    356033

    Bir demiryolu yük vagonunun sayısal yöntemlerle seyir emniyeti ve yorulma dayanımının araştırılması

    The numerical investigation of running safety and fatigue analysis of a freight wagon

    BERAT GÜRCAN ŞENTÜRK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    ÖĞR. GÖR. EMİN SÜNBÜLOĞLU

  2. Tez No

    439580

    Numerical investigation of power cylinder lubrication and frictional performance considering piston elastic deformations

    Güç silindiri yağlama ve sürtünme performansının piston elastik deformasyonlarının etkisi ile birlikte sayısal incelenmesi

    ÖZGÜR GÜNELSU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZGEN AKALIN

  3. Tez No

    613046

    Control of spring-mass running through virtual tuning of leg damping

    Yay kütleli koşunun sanal bacak sönümlenme katsayısı aracılığı ile kontrolü

    GÖRKEM SEÇER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ULUÇ SARANLI

  4. Tez No

    887856

    Experimental and numerical investigation of the effects of different parameters on a stirred heat exchanger effectiveness

    Karıştırıcılı bir ısı değiştirici etkinliğine farklı parametrelerin etkisinin deneysel ve sayısal incelenmesi

    MAHİR ŞAHİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Makine MühendisliğiAdana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA KILIÇ

  5. Tez No

    863491

    Kondenserli çamaşır kurutma makinesinin enerji ve kurutma performansının sayısal ve deneysel incelenmesi

    Numerical and experimental investigation of energy and drying performance of condenser tumble dryer

    VASIF CAN YILDIRAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN GÜNEŞ

Geri Dön