Geri Dön

Raylı sistemlerde adezyonun önemi E5000 üzerinden bir analiz

Importance of adhesion on rolling stock an analysis on E5000

PDF İndir

  1. Tez No: 921799
  2. Yazar: YASİN ERTAŞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. METİN GÖKAŞAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 79

Özet

Demiryolu taşımacılığı, dünyada ekonomik ve çevresel hedeflerin sağlanmasında kritik bir rol oynamaktadır. Kilometre başına düşen karbon salınımının demiryolu taşımacılığında düşük olması bu tip taşımacılığı ön plana çıkarmaktadır. Bu sayede iklim değişikliğine bağlı olan etkilerin azalmasında demiryolu taşımacılığının tercih edilmesi, Avrupa Birliği gibi kuruluşlar tarafından hazırlanan White Paper gibi raporlarda önerilmektedir. Demiryolu taşımacılığındaki avantajlar ve bu alana yapılan yatırım ve teşvikler sayesinde hem ülkemizde hem de dünyada yatırımlar hız kazanmaktadır. Avrupa Birliği tarafından belirlenen bir hedefte 2050 yılına kadar birlik içerisinde yer alan yüksek hızlı tren ağının üç katına çıkarılması hedeflenmektedir. Türkiye'de ise bu yatırımlar hem altyapı alanında hem de raylı sistem araçlarının tasarımı ve üretimi konusunda hız kazanmaktadır. Demiryolu araçlarında performansı etkileyen birçok etmen bulunmaktadır. Bu etkenler bir tanesi de teker-ray arasında meydana gelen adezyondur. Teker-ray arası etkileşim açık bir sistem olup, dış etmenlerden kolaylıkla etkilenmektedir. Özellikle yağmur, kar, buzlanma, çiğ gibi doğal etmenler teker-ray arasında adezyonu düşürerek demiryolu araçlarının çekiş performansı etkilemektedir. Doğal etmenler haricinde araç üzerindeki yakıt ve yağ kaçağı gibi durumlar da adezyon düşürücü etki göstermektedir. Demiryolu araçlarında düşen adezyonu arttırmak için kum uygulaması yapılmaktadır. Teker-ray arasına basınçlı bir sistemle püskürtülen kum tanecikleri sayesinde, adezyon etkisi arttırılarak güvenli bir sürüş sağlanmaya çalışılır. Adezyona bağlı olarak teker-ray arsasında oluşan etkilerin anlaşılmasında bazı modeller kullanılmaktadır. Genel olarak bu modeller normal ve teğetsel kontak olarak ikiye ayrılmaktadır. Normal kontakta teker-ray etkileşiminde oluşan kontak yüzeyinin şekli, basınç dağılımı incelenir. Bu inceleme genellikle Hertz teorisi kullanılarak yapılmaktadır. Teğetsel kontak durumunda ise adezyon durumuna ve normal kontak durumunda oluşan kontak yüzeyine bağlı olarak teker-ray temasında açığa çıkan boylamsal ve yanal kuvvetlerin hesaplanması yapılmaktadır. Kullanılan yöntemler arasında, nümerik olarak Kalker tarafından geliştirilmiş olan FASTSIM ve Polach tarafından geliştirilen yarı nümerik yarı deneysel POLACH modeli araştırmacılar ve benzetim programları tarafından kullanılmaktadır. Bu yüksek lisans çalışması ile Türkiye'de araştırması ve üretimi yapılan E5000 lokomotifinin adezyona bağlı olarak davranışı incelenmiştir. EN 14363 standardına göre belirtilen yol geometrisi ve yol düzensizlikleri, standartta belirtilen sınır değerler içerisinde kalacak şekilde iki ayrı bölge oluşturulmuştur. Simpack programında oluşturulan bu bölgeler ile program içerisinde oluşturulan model aracın farklı hız ve adezyon koşullarındaki teker-ray etkileşimleri incelenmiştir. Elde edilen değerlerin incelenmesinde çeşitli filtreleme yöntemlerinden yararlanılmıştır. Filtreleme yöntemlerinde EN 14363 standardında belirtilen alçak-geçiş filtresi ile kayan ortalamalar yöntemidir. Bu yöntemler sayesinde hesaplama sonuçlarındaki dikkate değer olmayan sapma değerler filtrelenmiştir. İncelenen sonuçlardan bir tanesi teker-ray arasında oluşan boylamsal kayma kuvvetleridir. Bu kuvvet değerinin büyüklüğü aracın çekiş performansı ile doğru orantılıdır. Değerin düşük olması durumunda teker-ray arasında kuvvetin iyi iletilmediği aracın kayma/kızaklama durumunda olabileceği düşünülebilir. Boylamsal kayma kuvvetlerinin farklı adezyon ve hız koşullarında kullanılan yöntemlere göre farklılık gösterdiği gözlemlenmiştir. İncelenen sonuçlardan bir diğeri EN 14363 standardında belirtilen deray (raydan çıkma) şartıdır. Bu ifade çoğu araştırmada Y/Q oranı (yanal kuvvet/düşey kuvvet) olarak da görülmektedir. Bu değerin standart içerisindeki hesaplamalar sonucunda belirtilen değerden yüksek olması, demiryolu aracının o durumda raydan çıkacağını göstermektedir. Deray durumunun, farklı hız ve adezyon koşullarında kullanılan yöntemlere göre farklılık gösterdiği gözlemlenmiştir. Bu tez çalışması bir demiryolu aracının farklı yollarda adezyon ve hıza bağlı olarak dinamik değişimlerini sunan önemli konuyu ele almıştır. Yapılan çalışma sayesinde, değişken etkilerin araç performansı ve sürüş güvenliğine olan etkisi ortaya konmuştur. Elde edilen sonuçlar neticesinde FASTSIM ve POLACH yöntemleri arasında kesin bir farklılık vardır. Gerçek dünyadaki kullanımlarda hangi yöntemin daha tutarlı olduğunun gözlemlenebilmesi için dinamik testlerin gerçekleştirilmesi gerekmektedir. Test sonuçlarına göre uygun simülasyon parametreleri daha kolay bir şekilde belirlenebilecektir. Bu sayede tekerlek-ray aşınmaları, araç performansı ve güvenlik konuları daha detaylı bir şekilde incelenebilecektir.

Özet (Çeviri)

Rail transportation plays a critical role in meeting economic and environmental goals in the world. The low carbon emission per kilometer in rail transportation brings this type of transportation to the forefront. A study has shown that carbon emissions in rail transportation are 50-70% lower than road transportation. In this way, it is recommended in reports such as the White Paper prepared by organizations such as the European Union to prefer railway transportation in reducing the effects of climate change. Thanks to the advantages of rail transportation and the investments and incentives made in this field, investments are accelerating both in our country and in the world. A target set by the European Union is to triple the high-speed rail network in the Union by 2050. Another target is to transfer 30% of road transportation up to 300 km to rail and waterway transportation by 2030 and 50% by 2050. In Turkey, these investments are accelerating both in infrastructure and in the design and production of rail system vehicles. There are many factors affecting the performance of railway vehicles. One of these factors is the adhesion between the wheel and rail. The interaction between wheel and rail is an open system and is easily affected by external factors. Especially natural factors such as rain, snow, icing, dew reduce the adhesion between the wheel-rail and affect the traction performance of the railway vehicles. Apart from natural factors, situations such as fuel and oil leakage on the vehicle also have an adhesion reducing effect. Sand is applied to increase the adhesion in railway vehicles. Thanks to the sand particles sprayed between the wheel-rail with a pressurized system, the adhesion effect is increased and a safe driving is tried to be provided. As a result of the classifications, researchers have classified the factors affecting adhesion under three main headings: • Environmental and meteorological factors; • Vehicle and operational based factors; • Artificial factors that increase or decrease adhesion. Especially in the autumn months, when the trees shed their leaves, the leaves on the rail are crushed during the passage of the train. It was observed that the layer formed as a result of crushing significantly decreased the adhesion. It was observed that the adhesion, which decreased as a result of leaf crushing, increased back to dry rail values with sand application. In another study, it was observed that water droplets entering between the wheel-rail reduced the adhesion by 30-65% compared to dry conditions. Some models are used to understand the effects that occur between the wheel-rail due to adhesion. In general, these models are divided into normal and tangential contact. In normal contact, the shape of the contact surface and the pressure distribution in the wheel-rail interaction are examined. This examination is usually done using Hertz theory. In the case of tangential contact, the longitudinal and lateral forces generated in wheel-rail contact are calculated depending on the adhesion state and the contact surface formed in the normal contact state. Among the methods used, the numerical FASTSIM developed by Kalker and the semi-numerical semi-experimental POLACH model developed by Polach are used by researchers and simulation programs. In the FASTSIM method, the contact region is modeled as elliptical and according to the algorithm, this region is divided into small parts and an approximate stress field is obtained. The tangential forces are calculated by integrating this stress field. In the POLACH method, the contact region is also modeled elliptically. In this method, tangential forces are calculated according to the parameter sets. In this master's study, the behavior of the E5000 locomotive, which is researched and manufactured in Turkey, was investigated due to adhesion. According to the EN 14363 standard, two separate regions were created so that the specified track geometry and track irregularities are within the limit values specified in the standard. The first region represents a straight line, while the other region represents a line with 400-600 m curve radii. The wheel-rail interactions of these regions created in the Simpack program and the model vehicle created in the program under different speed and adhesion conditions were examined. Various filtering methods were used to analyze the obtained values. The filtering methods are the low-pass filter and the sliding averages method specified in EN 14363 standard. Thanks to these methods, unremarkable deviations in the calculation results were filtered out. One of the results analyzed is the longitudinal slip forces between the wheel-rail. The magnitude of this force value is directly proportional to the traction performance of the vehicle. If the value is low, it can be considered that the force is not transmitted well between the wheel-rail and the vehicle may be in a sliding / skidding state. It was observed that the longitudinal slip forces differed according to the methods used under different adhesion and speed conditions. In the first region, the modeling using the FASTSIM method showed that the force values between the wheel-rail are independent of adhesion and speed. In the POLACH method, it was observed that there was a decrease in the longitudinal sliding forces of the vehicle in the case of low adhesion. In the other region, it was observed that the force value changed in both methods depending on the adhesion conditions. In this region, it was observed that the speed had an effect of 10% on the forces. As a result, it was observed that the longitudinal slip forces differed according to the methods used under different adhesion and speed conditions. Another result analyzed is the derailment condition specified in EN 14363 standard. This expression is also seen as Y/Q ratio (lateral force/vertical force) in most studies. If this value is higher than the value specified as a result of the calculations in the standard, it indicates that the rolling stock will derail in that situation. Since the first region represents a straight line, derailment was not analyzed in this region. In the other region, the highest derailment rates were obtained in the calculations using the FASTSIM method. Decreases in the derailment rate on the curves were observed with increasing speed. Similar results were observed with the POLACH method, but there are differences according to the curve radius. As a result, it was observed that the longitudinal slip forces differed according to the methods used under different adhesion and speed conditions. This thesis has addressed the important issue of the dynamical changes of a railroad vehicle in relation to adhesion and speed in different tracks. Through this study, the impact of variable effects on vehicle performance and driving safety has been demonstrated. As a result of the results obtained, there is a clear difference between FASTSIM and POLACH methods. In order to observe which method is more consistent in real world applications, dynamic tests shall be performed. According to the test results, the appropriate simulation parameter can be determined more easily. In this way, wheel-rail wear, vehicle performance and safety issues can be examined in more detail.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    816823

    Al 6005 T6 alaşımlarının epoksi yapıştırıcılar ile birleştirilmesinde farklı şartlarda kürlenme ve yaşlandırmanın dayanıma etkisi

    The effect of curing and aging in different conditions on the strength of combining Al 6005 T6 alloys with epoxy adhesives

    ZEYNEP BETÜL EROVA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Kimya MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

    İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NURİ AKKAŞ

  2. Tez No

    546463

    Asenkron motorlu lokomotifler için çekiş sistemi kontrolü

    Traction system control of induction motor powered locomotives

    MEHMET ALİ ÇİMEN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. METİN GÖKAŞAN

  3. Tez No

    881186

    Raylı sistemlerde yolcu sayısının derin öğrenme algoritmaları iletahminlenmesi

    Forecasting the number of passengers in rail system by deep learning algorithms

    ASLI ASUTAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Mühendislik BilimleriİZMİR BAKIRÇAY ÜNİVERSİTESİ

    Akıllı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ONUR UĞURLU

  4. Tez No

    887444

    Raylı sistemlerde ve teleferiklerde personel çizelgeleme uygulamaları ve yeni model önerileri

    Personnel scheduling applications and new model suggestions in rail systems and cable cars

    MUHAMMED ABDULLAH GENÇER

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Endüstri ve Endüstri MühendisliğiKırıkkale Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAMER EREN

  5. Tez No

    246817

    Petri ağları ile demir yolu anklaşman ve sinyalizasyon tasarımı

    Railway interlocking and signalization design using petri nets

    ERHAN AKGÖK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı

    DOÇ. DR. M. TURAN SÖYLEMEZ

Geri Dön