Y32 bojisinin farklı vagon ağırlıklarına adaptasyonu

Abstract

Ulaşım araçları içerisinde konfor, verimlilik ve güvenlik açısından karşılaştırma yapıldığında hiç şüphesiz raylı taşıtlar öne çıkmaktadır. Artan nüfus ile birlikte ulaşım ihtiyaçları göz önüne alındığında şehir içi toplu taşıma hizmetleri, banliyö taşıma hizmetleri ve şehirler arası yolcu taşıma sistemleri de geliştirilmelidir. Yolcu taşımacılığında giderek artan konfor beklentisini karşılamak için yataklı, restoranlı, kompartımanlı yolcu vagonu gibi çeşitli yolcu vagonları tasarlanmaktadır. Seyahat konforu sağlayan bu çeşitli yolcu vagonları beraberinde farklı ağırlıklardaki yolcu vagonlarının oluşmasına neden olmuştur. Yolcu talepleri doğrultusunda yapılan tasarım değişiklikleri doğrultusunda yolcu vagonları içerisine gelişmiş klima sistemleri, vakum tuvalet sistemleri, banyo tesisatları gibi birçok öğe dahil edilmiştir dolayısıyla vagon ağırlıklarında artış meydana gelmiştir. Yolcu vagonları temelde ana gövde olan vagon şasisi ve taşıma sistemi olan bojilerden oluşmaktadır. Bojiler, yolcu vagonunun hareketli olan aksamları, fren sistemi, süspansiyon sistemi gibi hayati parçalarının bulunduğu kısımdır. Bojilerin tasarımlarını yapmak ve tasarlanan bojilerin tip onay belgelerini almak oldukça uzun zaman alan ve oldukça maliyetli bir işlemdir. Farklı ağırlıklardaki vagon modellerine farklı bojiler tasarlamak yanlış bir uygulamadır. Boji tasarlamak yerine mevcut bojiyi istenilen yolcu vagonu ağırlığına adapte etmek hem zaman hem maliyet açısından daha karlıdır. Bu çalışmada Y32 boji sisteminin farklı vagon ağırlıklarına güvenli bir şekilde adapte edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç kapsamında ilk olarak Türkiye Vagon Sanayi A.Ş.’ ye ait Y32 bojisinin Bulgaristan Demiryolları için tasarlanan BDZ Yataklı Lüks Yolcu Vagonuna adaptasyonu yapılmıştır. Tasarlanan vagon sandık ağırlığına uyarlanan Y32 bojisinin daha sonra TS EN 14363 standardına uygun olarak dinamik analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada özgün taraflardan biri de tasarım aşamasındaki vagonun bütün bileşenlerinin ve çelik ağırlıklarının, 3 boyutlu çizim üzerinden Catia V5 programı ile hesaplanmasıdır. Ayrıca Y32 boji sistemlerinin güvenli çalışma ağırlığından 3400 kg daha ağır olan BDZ yataklı yolcu vagon sandığı için Y32 bojisinin tüm bileşenleri kontrol edilmiş ve 1. süspansiyon sistemi, 2. süspansiyon sistemi, fren sistemi, anti-roll bar sistemi yeniden hesaplanarak değiştirilmiştir. TÜVASAS için bir vagon tasarım sınırı olan 50000 kg’lık maksimum boji taşıma kapasitesi de yapılan çalışma sonucu 54000 kg’a çıkartılmıştır. Boji sistem elemanlarından vagon dinamiğini etkiyen temel sistemler, birinci ve ikinci süspansiyon sistemleridir. Bu çalışmada hesaplanan vagon ağırlığına bağlı olarak, helisel yay grupları ve amortisör grupları yeni yük dağılımına uygun olacak şekilde yeniden tasarlanmıştır. Vagonların kurplarda stabilizasyonunu sağlayan anti-roll bar sistemi vagon ağırlığına bağlı olarak çalışan bir diğer boji elemanıdır. Değişen vagon ağırlığına uygun olarak, anti-roll bar sistemi burulma yayı yeniden hesaplanmıştır. İşletme esnasında demiryolu araçları, sahip oldukları büyük kütleler ve yüksek hızlardan dolayı, büyük miktarda kinetik enerjiye sahiptirler. Araçlar için frenleme işlemi kinetik enerjinin sürtünme yolu ile ısı enerjisine dönüştürülmesi olarak tanımlanır. Sahip olunan kinetik enerjinin ısı enerjisine dönüşümüyle sağlanan frenleme işlemi için vagon ağırlığı çok önemli bir parametredir. Bu çalışmada hesaplanan vagon ağırlığına uygun olarak fren sistemi seçilmiş ve seçilen fren sisteminin seyir güvenliği hesapları yapılmıştır. Boji parametreleri yeniden hesaplandıktan sonra vagonun dinamik analizi için Simpack programında dinamik model oluşturulmuştur. Dinamik analiz modelinde araç-yol sistemi; gövde, tekerlek-ray kontağı ve yol olmak üzere üç alt sisteme ayrılır. Tüm bilgisayar simülasyonlarında modelleme için öncelikle sisteme ait fiziksel model kurularak topoğrafyası çıkarılır. Benzetimlerde kullanılan modeller için tekerlek profili UIC 510-2 S1002, ray profili için ise TS EN 13674-1 UIC60 tip ray profili kullanılmıştır. Tekerlek ve ray profilleri doğrusal olmayan fonksiyonlar ile modellenmiştir. Yapılan benzetimlerde temas kuvvetlerini hesaplamada KALKER (FASTSIM) basitleştirilmiş temas modeli kullanılmıştır. Hazırlanan modelde araç gövdesi, boji şasileri ve tekerlek takımları kütle-atalet karakteristikleri tanımlanarak rijit gövde olarak modellenmişlerdir. Birinci süspansiyon ve ikinci süspansiyon sistemleri lineer ve nonlineer yay ve amortisör olarak modellenmiştir. Daha sonrasında Simpack programıyla TS EN 14363 “Demiryolu uygulamaları- Demiryolu taşıtlarının seyir karakteristiklerinin kabul deneyleri-Seyir davranışlarının denenmesi" standardına uygun olarak modal analiz, raydan çıkma analizi, kurp analizi, twist yol analizi yapılmıştır. Analizlerde standartta tanımlanan tüm senaryolar için Y/Q Nadal kriteri ve ripaje kuvvetleri kontrol edilmiştir. Yapılan analizler sonucu, değişen ağırlığa göre adapte edilen bojinin ne kadar güvenli olduğu ortaya konmuştur. Bu çalışmanın bir sonraki adımı olarak araç yol testlerinde elde edilecek gerçek değerler ile bilgisayar ortamında yapılan bu analizlerin, doğrulanması hedeflenmektedir.