Demiryollarında Araç Kaynaklı Yol Yüklerinin Belirlenmesi İçin Ölçüme Dayalı Hesaplamalı Bir Yöntemin Geliştirilmesi ve Simülasyon Ortamında Analizi

Authors : Nihat Bulduk, Muzaffer Metin, Deren Marabaoğlu

Pages : 39-60

Doi:10.47072/demiryolu.1525811

View : 49 | Download : 56

Publication Date : 2025-01-31

Article Type : Research Paper

Abstract :Demiryolu taşıtlarının hareketi sırasında, taşıtın hızı, kütlesi, tekerlek, ray ve yol geometrisi, sürtünme katsayısı gibi parametrelerin etkisiyle tekerlek-ray temas bölgesinde raylara dinamik bir etki oluşmaktadır. Raya yanal ve düşey yönde etkiyen bu kuvvetler rayı tasarım geometrisinden sapmaya zorlar ve derayman riski doğurur. Özellikle kurplarda meydana gelen yanal kuvvetler deraymanın en büyük sebeplerindendir. Bu nedenle raylara etkiyen tekerlek kuvvetlerinin anlık olarak takip edilebilmesi özellikle demiryollarını ilk hizmete alırken oldukça önemlidir. Ayrıca, demiryollarında zamanla yaşanan deformasyonlar nedeniyle ortaya çıkabilecek deraymanın önüne geçmek için yol bakım çalışmalarının zamanında yapılması hayati öneme sahiptir. Doğru ve etkin bakım çalışması yapabilmek için de raya etkiyen kuvvetlerin periyodik olarak izlenmesi önemlidir. Bu çalışmada, raya etkiyen yanal ve düşey kuvvetlerin anlık olarak belirlenebilmesi için, araç üzerinden yapılacak çeşitli ölçümlerle elde edilecek verilerin çeşitli hesaplamalarla işlenerek kullanıldığı yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntemde kullanılacak hesaplama denklemleri Newton’un ikinci yasası kullanılarak elde edilmiştir. Denklemin içerisinde işlenecek değişkenler ise süspansiyon sapmaları, boji gövdesi ve tekerlek seti ivmeleri gibi anlık değişen parametrelerdir. Araç üzerinde ölçülen bu ve benzeri verilerin denklemlerde kullanılması sonucu raya etkiyen yanal ve düşey kuvvetlerin belirlenmesi hedeflenmiştir. Saha testleri öncesinde oluşturulan metodun doğruluğunu araştırmak için profesyonel projelerde ve akademide yaygın olarak kullanılan SIMPACK çoklu gövdeli dinamik simülasyon yazılımında aynı araç ve yol modeli oluşturulmuştur. Aynı zamanda, analitik metotla geliştirilen dinamik denklemler MATLAB/Simulink programında modellenmiştir. Her iki model (analitik ve sayısal) ile yapılan eş simülasyonlar sonucunda elde edilen düşey ve yanal tekerlek temas kuvvet çıktıları, geliştirilen denklemlerin tutarlı olup olmadığını görmek amacıyla karşılaştırılmıştır. Simülasyonlarda taşıtın 60 km/sa hızla düz yolda ilerlediği ve aynı hızla 200 metre yarıçaplı 14 cm dever yüksekliğe sahip bir kurptan geçtiği varsayılmıştır. Her iki modelden elde edilen simülasyon çıktıları karşılaştırıldığında, düz yolda yanal ve düşey tekerlek temas kuvvetlerinin %99’un üzerinde, kurpta ise yanal tekerlek temas kuvvetinin %94’ün ve düşey tekerlek temas kuvvetlerinin de %97’in üzerinde tutarlı sonuçlar elde edildiği görülmüştür. Ayrıca, geliştirilen denklemlerin içerisinde kullanılan değişkenlerin saha ölçümlerinde araç üzerinden ölçülebilecek nitelikte olduğu ortaya konmuştur. Bu bakımdan, literatüre şehir içi demiryolu hatlarında araçlardan raylara etkiyen kuvvetlerin anlık olarak izlenebilmesini sağlayan uygulanabilir bir yöntem kazandırılmıştır.
Keywords : Tramvay, Kuvvet Denklemleri, Kurp Analizi, Demiryolu, Ray Yükü